JP2023529881A - Lithium-ion cells with specific high energy density - Google Patents

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Abstract

既知のリチウムイオンセル(100)は、アノード(120)/セパレータ(118)/カソード(130)のシーケンスを有する電極-セパレータアセンブリ(104)を含み、アノード(120)及びカソード(130)はそれぞれ、第1及び第2の縁(110e、115e)を有する集電体(110、115)を含み、これらの集電体はそれぞれ、それぞれの電極材料(123、125)の層が装備された主領域(122、126)と、電極材料が装備されていない第1の縁(110e、115e)に沿って延びる自由縁ストリップ(121、117)と、を含む。アセンブリ(104)は、2つの末端面を有する巻き体の形態をしているか、又は同様に2つの末端面を有する2つ以上の同一の電極-セパレータアセンブリから形成されたスタックの一部であり、任意選択的にスタックの1つ又は複数の更なる同一の電極-セパレータアセンブリと共に、ハウジング内に封入される。アノード(120)及びカソード(130)は、アノード集電体の第1の縁(110e)がスタックの末端面又はページの一方から突き出るように、且つカソード集電体の第1の縁(115e)がスタックの末端面又はページの他方から突き出るように、アセンブリ(104)内部で互いに対して形成されるか且つ/又は配置される。セル(100)は、接触板金属部材(101a、102、155)を有し、第1の縁(110e、115e)のうちの1つが、この接触板金属部材と直接的に接触し、この接触板金属部材は、溶接によって第1の縁に接続される。負極材料は、活物質として、ケイ素、アルミニウム、スズ、アンチモン、及び可逆的にリチウムをインターカレートし且つデインターカレートすることができる、これらの材料の化合物又は合金、からなる群から選択された少なくとも1つの材料を、20wt%~90wt%の割合で含むことが提案される。A known lithium-ion cell (100) includes an electrode-separator assembly (104) having a sequence of anode (120)/separator (118)/cathode (130), wherein the anode (120) and cathode (130) are each: current collectors (110, 115) having first and second edges (110e, 115e), each of these current collectors having a main region provided with a layer of respective electrode material (123, 125); (122, 126) and free edge strips (121, 117) extending along first edges (110e, 115e) not equipped with electrode material. The assembly (104) is in the form of a roll with two end faces or is part of a stack formed from two or more identical electrode-separator assemblies that also have two end faces. , optionally together with one or more additional identical electrode-separator assemblies of the stack, enclosed in a housing. The anode (120) and cathode (130) are arranged such that the first edge (110e) of the anode current collector protrudes from one of the end faces or pages of the stack, and the first edge (115e) of the cathode current collector. are formed and/or positioned relative to each other within the assembly (104) such that they protrude from the end face of the stack or the other of the pages. The cell (100) has a contact plate metal member (101a, 102, 155) with one of the first edges (110e, 115e) in direct contact with the contact plate metal member (101a, 102, 155). A sheet metal member is connected to the first edge by welding. The negative electrode material is selected as active material from the group consisting of silicon, aluminum, tin, antimony, and compounds or alloys of these materials that are capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium. It is proposed to contain at least one material from 20 wt% to 90 wt%.

Description

以下に説明する本発明は、電極-セパレータアセンブリを備えたリチウムイオンセルに関する。 The invention described below relates to lithium ion cells with electrode-separator assemblies.

電気化学セルは、蓄えられた化学エネルギーを酸化還元反応によって電気エネルギーに変換することができる。電気化学セルは、一般的に、セパレータによって分離された正極及び負極を備える。放電中、酸化工程の結果として電子が負極で放出される。これにより、外部電気消費体が引き出すことができる電子電流がもたらされ、電気化学セルはこの外部電気消費体に対してエネルギー供給器としてはたらく。同時に、電極反応に対応したイオン電流がセルの内部で発生する。このイオン電流は、セパレータを横断し、イオン伝導性電解質によって保証される。 Electrochemical cells can convert stored chemical energy into electrical energy through redox reactions. An electrochemical cell generally comprises a positive electrode and a negative electrode separated by a separator. During discharge, electrons are released at the negative electrode as a result of the oxidation process. This results in an electronic current that can be drawn by an external electrical consumer, for which the electrochemical cell acts as an energy supplier. At the same time, an ionic current corresponding to the electrode reaction is generated inside the cell. This ionic current traverses the separator and is ensured by the ion-conducting electrolyte.

放電が可逆である場合、即ち、放電中に行われる化学エネルギーから電気エネルギーへの変換を逆にし、従ってセルを再び充電することが可能である場合、これは二次セルと呼ばれる。二次セルで一般的に使用されるように、負極をアノード、正極をカソードと呼ぶことは、電気化学セルの放電機能を指している。 If the discharge is reversible, ie the conversion of chemical energy to electrical energy that takes place during discharge can be reversed and the cell can therefore be charged again, it is called a secondary cell. As commonly used in secondary cells, referring to the negative electrode as the anode and the positive electrode as the cathode refers to the discharge function of the electrochemical cell.

広く使用されている二次リチウムイオンセルは、リチウムの使用に基づいており、リチウムは、イオンの形態でセルの電極間を行き来することができる。リチウムイオンセルは、エネルギー密度が比較的に高いのが特徴である。リチウムイオンセルの負極及び正極は、一般的に、いわゆる複合電極によって形成され、複合電極は、電気化学的に活性な構成要素と電気化学的に不活性な構成要素とを含む。 Widely used secondary lithium ion cells are based on the use of lithium, which in ionic form can be transferred between the electrodes of the cell. Lithium-ion cells are characterized by relatively high energy densities. The negative and positive electrodes of lithium-ion cells are generally formed by so-called composite electrodes, which contain electrochemically active and electrochemically inactive components.

原則として、リチウムイオンを吸収及び放出することができる材料は全て、二次リチウムイオンセルの電気化学的に活性な構成要素(活物質)として使用することができる。黒鉛状炭素などの炭素系の粒子が負極に使用されることが多い。そのほかに、リチウムのインターカレーションに適した非黒鉛状炭素材料も使用することができる。更に、リチウムと合金化することができる金属材料及び半金属材料も使用することができる。例えば、元素のスズ、アルミニウム、アンチモン、及びケイ素は、リチウムと金属間相を形成することができる。例えば、酸化コバルトリチウム(LiCoO)、酸化マンガンリチウム(LiMn)、チタン酸リチウム(LiTi12)又はリン酸鉄リチウム(LiFePO)又はそれらの誘導体を、正極の活物質として使用することができる。電気化学的に活性な物質は、一般的に、電極中に粒子の形態で含まれる。 In principle, all materials capable of absorbing and releasing lithium ions can be used as electrochemically active constituents (active materials) of secondary lithium ion cells. Carbon-based particles, such as graphitic carbon, are often used in negative electrodes. Other non-graphitic carbon materials suitable for lithium intercalation can also be used. In addition, metallic and semi-metallic materials that can be alloyed with lithium can also be used. For example, the elements tin, aluminum, antimony, and silicon can form intermetallic phases with lithium. For example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) or lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) or a derivative thereof may be used as the positive electrode active material. can be used as The electrochemically active substance is generally contained in the electrode in the form of particles.

電気化学的に不活性な構成要素として、複合電極は一般的に、活物質でコーティングされた、例えば金属箔などの、平坦な且つ/又はストリップ状の集電体を含む。例えば、負極の集電体(アノード集電体)は、銅又はニッケルで形成されることがあり、正極の集電体(カソード集電体)は、例えばアルミニウムで形成されることがある。更に、電極は、電極バインダー(例えば、フッ化ポリビニリデン(PVDF)又は別のポリマー、例えばカルボキシメチルセルロース)を含むことがある。これにより、電極の機械的安定性、更にはしばしば、集電体への活物質の付着が確実になる。更に、電極は、導電性向上添加物及び他の添加物を含むことがある。 As an electrochemically inert component, a composite electrode generally comprises a flat and/or strip-like current collector, such as a metal foil, coated with an active material. For example, the negative electrode current collector (anode current collector) may be made of copper or nickel, and the positive electrode current collector (cathode current collector) may be made of aluminum, for example. Additionally, the electrodes may include an electrode binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF) or another polymer such as carboxymethylcellulose. This ensures the mechanical stability of the electrode and, more often, the adhesion of the active material to the current collector. In addition, the electrodes may contain conductivity-enhancing additives and other additives.

リチウムイオンセルは一般的に、電解質として、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)などのリチウム塩を有機溶媒(例えば、炭酸のエステル及びエーテル)に溶かした溶液を含む。 Lithium-ion cells typically contain as an electrolyte a solution of a lithium salt, such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), in an organic solvent (eg, esters and ethers of carbonic acid).

リチウムイオンセルの製造中、複合電極を1つ又は複数のセパレータと結合させてアセンブリが形成される。大抵の場合、電極とセパレータは、貼合せ又は接着によって一緒に結合される。次いで、複合体を電解質で含浸させることにより、セルの基本的な機能を確立することができる。 During manufacture of a lithium ion cell, a composite electrode is combined with one or more separators to form an assembly. In most cases, the electrodes and separators are bonded together by lamination or gluing. The basic functionality of the cell can then be established by impregnating the composite with an electrolyte.

多くの実施形態では、アセンブリは、複数のアセンブリを互いの上に平らに積み重ねることができるように、平坦に形成される。しかしながら、しばしば、アセンブリは、巻き体として製造されるか、又は巻き体へと加工される。 In many embodiments, the assemblies are formed flat such that multiple assemblies can be stacked flat on top of each other. However, often the assembly is manufactured as or processed into a roll.

一般的に、巻かれていようがいまいがアセンブリは、正極/セパレータ/負極のシーケンスを含む。しばしば、アセンブリは、実現可能なシーケンス、負極/セパレータ/正極/セパレータ/負極、又は正極/セパレータ/負極/セパレータ/正極、を伴ういわゆるバイセルとして製造される。 Generally, the assembly, whether wound or not, includes a positive electrode/separator/negative electrode sequence. Often the assembly is manufactured as a so-called bicell with a feasible sequence: negative electrode/separator/positive electrode/separator/negative electrode or positive electrode/separator/negative electrode/separator/positive electrode.

自動車分野の用途、電動自転車、又はツール内などでの高エネルギー要件を伴う他の用途の場合、充電及び放電中に高電流を同時にロードすることができる、実現可能な最も高いエネルギー密度を有するリチウムイオンセルが必要になる。そのようなセルについては、例えば国際公開第2017/215900A1号パンフレットに記載されている。 For applications in the automotive field, e-bikes, or other applications with high energy requirements, such as in tools, lithium with the highest possible energy density that can be simultaneously loaded with high currents during charging and discharging I need an ion cell. Such cells are described, for example, in WO2017/215900A1.

前述の用途のためのセルは、円筒形の丸いセルとして設計されることが多く、例えば、21×70(直径*高さ、mm単位)というフォームファクタをしている。この種のセルは常に、巻き体の形状をしたアセンブリを含む。このフォームファクタをした最新のリチウムイオンセルは、既に、最大で270Wh/kgのエネルギー密度を達成することができる。しかしながら、このエネルギー密度は、単に中間段階に過ぎないとみなされている。市場は既に、エネルギー密度が更に高いセルを求めている。 Cells for the aforementioned applications are often designed as cylindrical round cells, for example having a form factor of 21×70 (diameter*height in mm). A cell of this kind always contains an assembly in the form of a roll. Modern lithium-ion cells with this form factor are already capable of achieving energy densities of up to 270 Wh/kg. However, this energy density is considered only an intermediate step. The market is already demanding cells with even higher energy densities.

しかしながら、改良されたリチウムイオンセルの開発には、単にエネルギー密度だけでなく、他の考慮すべき要素がある。セルの内部抵抗及び電極の熱接続も非常に重要なパラメータであり、セルの内部抵抗は、充電及び放電中の電力損失を減らすために、可能な限り小さく保たれる必要があり、電極の熱接続は、セルの温度調節のために必須であることがある。これらのパラメータは、巻き体の形態をした複合アセンブリを含む円筒形の丸いセルにとっても非常に重要である。セルの高速充電中、電力損失に起因してセル内で蓄熱が発生することがあり、これは、大きな熱機械応力を引き起こし、その後、セル構造の変形及び損傷を引き起こすことがある。この危険性は、集電体の電気接続が、巻かれたアセンブリから軸方向に突き出た、集電体に溶接された別々の導電体タブを介して形成される場合に増幅される、というのも、充電及び放電中に、大きな負荷がかかると、これらの導電体タブで局所的に加熱が発生することがあるからである。 However, there are other factors to consider in developing improved lithium-ion cells beyond just energy density. The internal resistance of the cell and the thermal connection of the electrodes are also very important parameters, the internal resistance of the cell should be kept as small as possible in order to reduce the power loss during charging and discharging, and the heat of the electrodes Connections may be essential for cell temperature regulation. These parameters are also very important for cylindrical round cells containing composite assemblies in the form of windings. During fast charging of a cell, heat accumulation may occur within the cell due to power loss, which may cause large thermo-mechanical stresses and subsequent deformation and damage of the cell structure. This danger is amplified when the electrical connections to the current collectors are made through separate conductor tabs welded to the current collectors that protrude axially from the wound assembly. Also, during charging and discharging, if a large load is applied, local heating may occur in these conductor tabs.

特に、スズ、アルミニウム、アンチモン、及び/又はケイ素が負極の活物質として使用される場合、非常に高いエネルギー密度を達成することができる。ケイ素は、3500mAh/gよりも大きな最大容量を有する。これは、黒鉛の比容量の約10倍である。しかしながら、実際には、前述した金属の活物質を高い割合で有する電極材料を使用すると、困難が伴う。これらの物質で出来た粒子は、充電及び放電中に比較的に大きな体積変化を受ける。これにより、機械的応力が生じ、場合によっては機械的な損傷も生じる。例えば、負極中に10%超の割合のケイ素があると、これまでは制御するのが困難であった。 In particular, very high energy densities can be achieved when tin, aluminum, antimony, and/or silicon are used as negative electrode active materials. Silicon has a maximum capacity greater than 3500 mAh/g. This is about ten times the specific capacity of graphite. In practice, however, the use of electrode materials having a high proportion of the aforementioned metal active materials presents difficulties. Particles made of these materials undergo relatively large volume changes during charging and discharging. This results in mechanical stress and possibly mechanical damage. For example, proportions of silicon in the negative electrode greater than 10% have heretofore been difficult to control.

本発明の目的は、従来技術と比べて改善されたエネルギー密度を特徴とするリチウムイオンセルであって、同時に、内部抵抗及び受動的な熱放散能力に関して優れた特性を有するリチウムイオンセルを提供することであった。 The object of the present invention is to provide a lithium ion cell characterized by an improved energy density compared to the prior art, while at the same time having excellent properties in terms of internal resistance and passive heat dissipation capability. Was that.

この目的は、以下で説明するリチウムイオンセル、特に、請求項1の特徴を有する以下で説明するリチウムイオンセルの好ましい実施形態、によって達成される。この好ましい実施形態の複数の好ましい実施形態についても、従属請求項から明らかになる。
本発明によるリチウムイオンセルは常に、以下の特徴a~jを特徴とする:
a.セルは、アノード/セパレータ/カソードのシーケンスを有する電極-セパレータアセンブリ、好ましくは、アノード/セパレータ/カソードのシーケンスを有するリボン状の電極-セパレータアセンブリを含む。
b.アノードは、第1及び第2の縁を有するアノード集電体、好ましくは第1及び第2の長手方向の縁及び2つの端部を有するリボン状のアノード集電体を含む。
c.アノード集電体は、
-負極材料の層が装備された主領域、好ましくは、負極材料の層が装備されたストリップ状の主領域と、
-アノード集電体の第1の縁に沿って、特にアノード集電体の第1の長手方向の縁に沿って延びる自由縁ストリップであって、電極材料が装備されていない自由縁ストリップと、を有する。
d.カソードは、第1及び第2の縁を有するカソード集電体、好ましくは第1及び第2の長手方向の縁及び2つの端部を有するリボン状のカソード集電体を含む。
e.カソード集電体は、
-正極材料の層が装備された主領域、好ましくは、正極材料の層が装備されたストリップ状の主領域と、
-カソード集電体の第1の縁に沿って、特にカソード集電体の第1の長手方向の縁に沿って延びる自由縁ストリップであって、電極材料が装備されていない自由縁ストリップと、を有する。
f.電極-セパレータアセンブリは、2つの末端面を有する巻き体の形態をしているか、又は、2つ以上の同一の電極-セパレータアセンブリから形成されたスタックの一部であり、やはり2つの末端面を有している。
g.電極-セパレータアセンブリは、必要に応じて、他の同一の電極-セパレータアセンブリ、又はスタックの他の同一の複数の電極-セパレータアセンブリと共に、ハウジング内に封入される。
h.アノード及びカソードは、アノード集電体の第1の縁又は長手方向の縁がスタックの末端面又は側面の一方から突き出るように、且つカソード集電体の第1の縁又は長手方向の縁がスタックの末端面又は側面の他方から突き出るように、電極-セパレータアセンブリ内部で互いに対して形成されるか且つ/又は配置される。
i.セルは、好ましくは長手方向に、第1の縁又は長手方向の縁のうちの1つと直接的に接触している、接触板金属部材を有する。
j.接触板金属部材は、溶接によって、この縁又は長手方向の縁に接続される。
This object is achieved by the lithium-ion cell described below, in particular a preferred embodiment of the lithium-ion cell described below with the features of claim 1 . Preferred embodiments of this preferred embodiment also emerge from the dependent claims.
A lithium-ion cell according to the invention is always characterized by the following features a to j:
a. The cell comprises an electrode-separator assembly having an anode/separator/cathode sequence, preferably a ribbon electrode-separator assembly having an anode/separator/cathode sequence.
b. The anode comprises an anode current collector having first and second edges, preferably a ribbon-like anode current collector having first and second longitudinal edges and two ends.
c. The anode current collector is
- a main region provided with a layer of negative electrode material, preferably a strip-like main region provided with a layer of negative electrode material;
- a free edge strip extending along a first edge of the anode current collector, in particular along a first longitudinal edge of the anode current collector, the free edge strip not being provided with electrode material; have
d. The cathode includes a cathode current collector having first and second edges, preferably a ribbon-like cathode current collector having first and second longitudinal edges and two ends.
e. The cathode current collector is
- a main region provided with a layer of positive electrode material, preferably a strip-like main region provided with a layer of positive electrode material;
- a free edge strip not provided with electrode material, extending along a first edge of the cathode current collector, in particular along a first longitudinal edge of the cathode current collector; have
f. The electrode-separator assembly is in the form of a roll having two end faces or is part of a stack formed from two or more identical electrode-separator assemblies, also having two end faces. have.
g. The electrode-separator assembly is enclosed in a housing, optionally with other identical electrode-separator assemblies or multiple other identical electrode-separator assemblies of a stack.
h. The anode and cathode are arranged such that the first edge or longitudinal edge of the anode current collector protrudes from one of the end faces or sides of the stack and the first edge or longitudinal edge of the cathode current collector is in the stack. formed and/or positioned relative to each other within the electrode-separator assembly so as to protrude from the other of the end faces or sides of the electrodes.
i. The cell has contact plate metal members, preferably longitudinally, in direct contact with one of the first edges or the longitudinal edges.
j. The contact plate metal member is connected to this edge or longitudinal edge by welding.

セルが2つの接触板金属部材を備えており、その一方は、アノード集電体の第1の縁又は長手方向の縁と直接的に接触しており、他方は、カソード集電体の第1の縁又は長手方向の縁と直接的に接触しており、接触板金属部材及びそれらの部材と接触している縁又は長手方向の縁はそれぞれ、溶接によって一緒に接合されている、ことが特に好ましい。 The cell includes two contact plate metal members, one in direct contact with the first edge or longitudinal edge of the anode current collector and the other in direct contact with the first edge of the cathode current collector. and the contact plate metal members and the edges or longitudinal edges in contact with those members, respectively, are joined together by welding. preferable.

集電体は、出来る限り大きな面積に渡って電極材料中に含まれる電気化学的に活性な構成要素を電気的に接触させる機能を有する。集電体は金属で出来ているか、又は少なくとも表面が金属化されていることが好ましい。アノード集電体用の適切な金属としては、銅又はニッケル、又は他の導電性材料、特に銅とニッケルの合金若しくはニッケルでコーティングされた金属、が挙げられる。ステンレス鋼も、一般的に可能である。カソード集電体に適した金属としては、アルミニウム又は他の導電性材料、特にアルミニウム合金が挙げられる。 The current collector has the function of electrically contacting the electrochemically active constituents contained in the electrode material over as large an area as possible. It is preferred that the current collector is made of metal or at least surface metallized. Suitable metals for the anode current collector include copper or nickel, or other conductive materials, especially alloys of copper and nickel or metals coated with nickel. Stainless steel is also generally possible. Suitable metals for the cathode current collector include aluminum or other conductive materials, especially aluminum alloys.

アノード集電体及び/又はカソード集電体はそれぞれ、厚さが4μm~30μmの範囲の金属箔、特に厚さが4μm~30μmの範囲のリボン状の金属箔であることが好ましい。 The anode current collector and/or the cathode current collector are each preferably a metal foil with a thickness in the range of 4 μm to 30 μm, especially a ribbon-like metal foil with a thickness in the range of 4 μm to 30 μm.

しかしながら、箔に加えて、金属の又は金属被覆された不織物又は開口気孔気泡体などの他のリボン状の基体を集電体として使用することができる。 However, in addition to foils, other ribbon-like substrates such as metal or metal-coated nonwovens or open-pore foams can be used as current collectors.

集電体は、それぞれの電極材料が両面に装備されることが好ましい。
自由縁ストリップでは、それぞれの集電体の金属には、それぞれの電極材料がない。それぞれの集電体の金属は、例えば溶接によって電気的接触が行えるように、これらの領域では被覆されていないことが好ましい。
The current collector is preferably equipped on both sides with the respective electrode material.
In free edge strips, the respective current collector metals are free of the respective electrode material. The metal of each current collector is preferably uncoated in these regions so that electrical contact can be made, for example by welding.

しかしながら、実施形態によっては、自由縁ストリップ内のそれぞれの集電体の金属は、支持材料であって、この支持材料でコーティングされる集電体よりもより耐熱性のある支持材料、でコーティングされていることがある。 However, in some embodiments, the metal of each current collector in the free edge strip is coated with a support material that is more heat resistant than the current collectors coated with this support material. sometimes

この文脈での「より耐熱性のある」とは、集電体の金属が融解する温度でも支持材料は固体状態を維持することを意味することを意図している。従って、支持材料は、金属よりも融点が高いか、又は、支持材料は金属が既に融解している温度でのみ昇華するか若しくは分解する。 "More refractory" in this context is intended to mean that the support material remains solid at temperatures at which the metal of the current collector melts. Therefore, the support material has a higher melting point than the metal, or the support material sublimates or decomposes only at temperatures at which the metal is already molten.

アノード集電体とカソード集電体の両方がそれぞれ第1の縁、好ましは第1の長手方向の縁に沿って自由縁ストリップを有し、この自由縁ストリップにはそれぞれの電極材料が装備されていない、ことが好ましい。更なる発展形態では、アノード集電体の少なくとも1つの自由縁ストリップとカソード集電体の少なくとも1つの自由縁ストリップの両方が、支持材料でコーティングされていることが好ましい。それらの領域のそれぞれに対して同じ支持材料が使用されることが特に好ましい。 Both the anode current collector and the cathode current collector each have a free edge strip along a first edge, preferably a first longitudinal edge, which free edge strip is provided with the respective electrode material. preferably not. In a further development, both at least one free edge strip of the anode current collector and at least one free edge strip of the cathode current collector are preferably coated with a support material. It is particularly preferred that the same support material is used for each of those regions.

本発明の範囲内で使用することができる支持材料は、原則として、金属又は金属合金とすることができ、それ又はそれらが、支持材料でコーティングされる表面を構成する金属よりも高い融点を有していることを条件とする。しかしながら、多くの実施形態では、本発明によるリチウムイオンセルは、この直後に示す更なる特徴a~dのうちの少なくとも1つを有することが好ましい:
a.支持材料は、非金属材料である。
b.支持材料は、電気絶縁性材料である。
c.非金属材料は、セラミック材料、ガラス-セラミック材料、又はガラスである。
d.セラミック材料は、酸化アルミニウム(Al)、酸化チタン(TiO)、窒化チタン(TiN)、窒化アルミニウムチタン(TiAlN)、酸化ケイ素、特に二酸化ケイ素(SiO)又はカルボ窒化チタン(TiCN)である。
Support materials that can be used within the scope of the present invention can in principle be metals or metal alloys, which or have a higher melting point than the metals constituting the surface coated with the support material. provided that However, in many embodiments it is preferred that the lithium-ion cell according to the invention has at least one of the further features a to d indicated immediately below:
a. The support material is a non-metallic material.
b. The support material is an electrically insulating material.
c. Non-metallic materials are ceramic materials, glass-ceramic materials, or glasses.
d. The ceramic material may be aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), titanium nitride (TiN), titanium aluminum nitride (TiAlN), silicon oxide, especially silicon dioxide (SiO 2 ) or titanium carbonitride (TiCN). is.

本発明によれば、支持材料は、直前の特徴bに従って、特に好ましくは直前の特徴dに従って形成されることが特に好ましい。 It is particularly preferred according to the invention that the support material is formed according to the preceding characteristic b, particularly preferably according to the preceding characteristic d.

非金属材料という用語は、特にプラスチック、ガラス、及びセラミック材料を含む。
「電気絶縁性材料」という用語は、この文脈では広く理解されるべきである。原則として、電気絶縁性材料は、任意の電気絶縁性材料、特にプラスチックとも言われる材料を含む。
セラミック材料という用語は、この文脈では広く理解されるべきである。特に、セラミック材料は、炭化物、窒化物、酸化物、ケイ化物、又はそれらの化合物の混合物及び誘導体を含む。
「ガラス-セラミック材料」という用語は、特に、非結晶質ガラス相に取り込まれた結晶粒子を含む材料を意味する。
「ガラス」という用語は基本的に、上記で定義した熱安定性基準を満たし、且つ、セル内に含まれる可能性がある任意の電解質に対して化学的に安定な、任意の無機質のガラスを意味する。
The term non-metallic material includes in particular plastic, glass and ceramic materials.
The term "electrically insulating material" should be understood broadly in this context. In principle, an electrically insulating material includes any electrically insulating material, in particular a material also referred to as plastic.
The term ceramic material should be understood broadly in this context. In particular, ceramic materials include carbides, nitrides, oxides, silicides, or mixtures and derivatives of these compounds.
The term "glass-ceramic material" specifically means a material comprising crystalline grains entrapped in an amorphous glassy phase.
The term "glass" basically refers to any inorganic glass that meets the thermal stability criteria defined above and is chemically stable to any electrolyte that may be contained in the cell. means.

アノード集電体が銅又は銅合金からなり、同時にカソード集電体がアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、支持材料が酸化アルミニウム又は酸化チタンであることが、特に好ましい。 It is particularly preferred that the anode current collector consists of copper or a copper alloy while the cathode current collector consists of aluminum or an aluminum alloy and the support material is aluminum oxide or titanium oxide.

アノード集電体及び/又はカソード集電体の自由縁ストリップが支持材料のストリップでコーティングされていることが更に好ましいことがある。 It may be further preferred that the free edge strips of the anode current collector and/or the cathode current collector are coated with a strip of support material.

主領域、特にアノード集電体及びカソード集電体のストリップ状の主領域は、集電体のそれぞれの縁又は長手方向の縁と平行に延びることが好ましい。ストリップ状の主領域は、アノード集電体及びカソード集電体の面積の少なくとも90%、特に好ましくは少なくとも95%に渡って延在することが好ましい。 The main regions, in particular the strip-like main regions of the anode and cathode current collectors, preferably extend parallel to the respective edges or longitudinal edges of the current collectors. The strip-shaped main regions preferably extend over at least 90%, particularly preferably at least 95%, of the area of the anode and cathode current collectors.

幾つかの好ましい実施形態では、支持材料は、好ましくはストリップ状の主領域に隣接して適用されるが、自由領域を完全には覆わない。例えば、支持材料は、それぞれの縁ストリップを部分的にのみ覆うように、アノード集電体及び/又はカソード集電体の縁に沿って、特にアノード集電体及び/又はカソード集電体の長手方向の縁に沿って、ストリップ又は線の形状で適用される。この縁又は長手方向の縁に直接的に沿って、自由縁ストリップの細長い部分領域が覆われていないままであり得る。
本発明によるリチウムイオンセルは二次リチウムイオンセルであることが特に好ましい。
In some preferred embodiments, the support material is preferably applied adjacent to the strip-shaped main area, but does not completely cover the free area. For example, the support material may be along the edges of the anode and/or cathode current collectors, particularly along the length of the anode and/or cathode current collectors, so as to only partially cover each edge strip. It is applied in the form of strips or lines along the directional edges. An elongated partial area of the free edge strip may remain uncovered directly along this edge or longitudinal edge.
It is particularly preferred that the lithium ion cell according to the invention is a secondary lithium ion cell.

基本的に、二次リチウムイオンセルで知られている電極材料の全てが、セルのアノード及びカソードに使用することができる。 Basically all known electrode materials for secondary lithium ion cells can be used for the anode and cathode of the cell.

好ましくは粒子の形態においても、リチウムをインターカレートすることができる黒鉛状炭素又は非黒鉛状炭素材料などの炭素系の粒子を、負極の活物質として使用することができる。その代わりに又はこれに加えて、チタン酸リチウム(LiTi12)又はその誘導体が、好ましくは粒子の形態で負極に含まれることがある。 Carbon-based particles, such as graphitic carbon or non-graphitic carbon materials capable of intercalating lithium, preferably also in the form of particles, can be used as the active material for the negative electrode. Alternatively or additionally, lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) or a derivative thereof may be included in the negative electrode, preferably in the form of particles.

しかしながら、非常に好ましい実施形態では、本発明によるセルは、上述した必須の特徴a~jに加えて、この直後に示す特徴kを有する:
k.負極材料は、活物質として、ケイ素、アルミニウム、スズ、アンチモン、及び可逆的にリチウムをインターカレートし且つデインターカレートすることができる、これらの材料の化合物又は合金、からなる群から選択された少なくとも1つの材料を、20wt%~90wt%の量で、含む。
ここで与えられた重量は、負極材料の乾燥質量を指す、即ち、電解質を含まず、アノード集電体の重量を考慮に入れていない質量を指す。
However, in a highly preferred embodiment, the cell according to the invention has, in addition to the essential features a to j mentioned above, a feature k shown immediately below:
k. The negative electrode material is selected as active material from the group consisting of silicon, aluminum, tin, antimony, and compounds or alloys of these materials that are capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium. at least one material in an amount of 20 wt% to 90 wt%.
The weights given herein refer to the dry weight of the negative electrode material, ie the weight without the electrolyte and without taking into account the weight of the anode current collector.

始めに述べたように、スズ、アルミニウム、アンチモン、及びケイ素は、リチウムと金属間相を形成することができる。リチウムを吸収する能力は、特にケイ素の場合、黒鉛又は同等の材料の吸収能力を何倍も上回る。 As mentioned earlier, tin, aluminum, antimony, and silicon can form intermetallic phases with lithium. The ability to absorb lithium, especially for silicon, exceeds that of graphite or similar materials by many times.

好ましくは粒子の形態で使用される上述した活物質の中でも、ケイ素が特に好ましい。本発明によれば、負極が活物質としてケイ素を20wt%~90wt%の割合で含有するセルが特に好ましい。 Among the active materials mentioned above, which are preferably used in the form of particles, silicon is particularly preferred. Cells in which the negative electrode contains between 20 wt % and 90 wt % of silicon as active material are particularly preferred according to the invention.

ケイ素、アルミニウム、スズ、及び/又はアンチモンの幾つかの化合物も、リチウムを可逆的に堆積及び取り出しすることができる。例えば、幾つかの好ましい実施形態では、ケイ素は、酸化物の形態で負極に含まれることがある。これらの実施形態では、負極が、20wt%~90wt%の範囲の量で、酸化ケイ素を含むことが好ましいことがある。 Some compounds of silicon, aluminum, tin, and/or antimony are also capable of reversibly depositing and extracting lithium. For example, in some preferred embodiments, silicon may be included in the negative electrode in the form of an oxide. In these embodiments, it may be preferred that the negative electrode comprises silicon oxide in an amount ranging from 20 wt% to 90 wt%.

本発明によるセルの設計は、大きな利点を可能にする。最初に述べたように、集電体が最初に述べた別々の導電性タブを介して電気的に接続されている電極は、導電性タブから離れたところよりも、導電性タブのすぐ近傍において、充電及び放電中により大きな熱機械的応力を経験する。この差は、活物質としてケイ素、アルミニウム、スズ、及び/又はアンチモンを含む負極の場合には、特に顕著になる。 The design of the cell according to the invention allows great advantages. As mentioned earlier, electrodes whose current collectors are electrically connected through the first-mentioned separate conductive tabs should be in the immediate vicinity of the conductive tabs rather than further away from the conductive tabs. , experience greater thermomechanical stress during charging and discharging. This difference is particularly pronounced for negative electrodes containing silicon, aluminum, tin, and/or antimony as active materials.

接触板金属部材を介した集電体の電気的接続により、本発明によるセル内で比較的に均一で効率的な熱放散が可能になるだけでなく、充電及び放電中に発生する熱機械的応力が巻き体に渡って均等に分散される。驚くべきことに、これにより、負極における非常に高い割合のケイ素及び/又はスズ及び/又はアンチモンを制御することが可能になる。50%を上回る割合では、熱機械的負荷の結果として生じる損傷は、充電及び放電中に比較的にまれにしか発生しないか、又は全く発生しない。例えば、アノードにおけるケイ素の割合を高くすることにより、セルのエネルギー密度を大幅に高めることができる。 The electrical connection of the current collectors through the contact plate metal members not only allows for relatively uniform and efficient heat dissipation within cells according to the invention, but also reduces the thermomechanical effects that occur during charging and discharging. Stress is evenly distributed across the winding. Surprisingly, this makes it possible to control a very high proportion of silicon and/or tin and/or antimony in the negative electrode. At rates above 50%, damage resulting from thermomechanical loading occurs relatively infrequently or not at all during charging and discharging. For example, increasing the proportion of silicon in the anode can significantly increase the energy density of the cell.

当業者であれば、スズ、アルミニウム、ケイ素、及びアンチモンは、必ずしも最も純粋な形態での金属である必要はないことを理解するであろう。例えば、ケイ素粒子は、微量の又は幾らかの他の元素、特に他の金属(いずれの場合も、充電状態に応じて含まれるリチウムを除く)を、例えば、最大で40重量%の割合で、特に最大で10重量%の割合で、含むこともある。従って、スズ、アルミニウム、ケイ素、及びアンチモンの合金も使用することができる。 Those skilled in the art will appreciate that tin, aluminum, silicon, and antimony are not necessarily metals in their purest form. For example, the silicon particles may contain traces or some other elements, in particular other metals (in each case except lithium, which is contained depending on the state of charge), e.g. It may also be included, in particular in proportions of up to 10% by weight. Therefore, alloys of tin, aluminum, silicon and antimony can also be used.

特に好ましい実施形態では、本発明によるセルは、この直後に示す特徴a及びbのうちの少なくとも1つを有する:
a.負極材料は、負の活物質として、可逆的なリチウムの取り込み及び放出ができる炭素系粒子、例えば黒鉛状炭素、特にケイ素とこれらの炭素系粒子との混合物などを更に含む。
b.リチウムをインターカレートできる炭素系粒子は、電極材料中に5wt%~75wt%の割合で、特に15wt%~45wt%の割合で含まれる。
In a particularly preferred embodiment, the cell according to the invention has at least one of the features a and b indicated immediately below:
a. The negative electrode material further comprises, as negative active material, carbon-based particles capable of reversible lithium uptake and release, such as graphitic carbon, especially mixtures of silicon and these carbon-based particles.
b. Carbon-based particles capable of intercalating lithium are included in the electrode material in a proportion of 5 wt % to 75 wt %, in particular in a proportion of 15 wt % to 45 wt %.

更に特に好ましい実施形態では、本発明によるセルは、すぐ下に示す以下の特徴a~cのうちの少なくとも1つを有する:
a.負極材料は、電極バインダー及び/又は導電剤を含む。
b.電極バインダーは、負極材料中に1wt%~15wt%の割合で、特に1wt%~5wt%の割合で含まれる。
c.導電剤は、負極材料中に0.1wt%~15wt%の割合で、特に1wt%~5wt%の割合で含まれる。
In a further particularly preferred embodiment, the cell according to the invention has at least one of the following features ac indicated immediately below:
a. The negative electrode material contains an electrode binder and/or a conductive agent.
b. The electrode binder is contained in the negative electrode material in a proportion of 1 wt % to 15 wt %, especially in a proportion of 1 wt % to 5 wt %.
c. The conductive agent is contained in the negative electrode material in a proportion of 0.1 wt % to 15 wt %, particularly in a proportion of 1 wt % to 5 wt %.

直前に示した特徴a~cは、互いに組み合わせて実現されることが特に好ましい。 The immediately preceding features ac are particularly preferably realized in combination with one another.

活物質は、電極バインダーの母材に取り込まれていることが好ましく、母材中の隣接する粒子は、互いに直接的に接触していることが好ましい。 The active material is preferably incorporated in the matrix of the electrode binder, and adjacent particles in the matrix are preferably in direct contact with each other.

導電剤には、電極の導電度を高めるはたらきがある。一般的な電極バインダーは、例えば、フッ化ポリビニリデン(PVDF)、ポリアクリル酸、又はカルボキシメチルセルロースをベースにしている。一般的な導電剤は、カーボンブラック及び金属粉末である。 The conductive agent has a function of increasing the conductivity of the electrode. Common electrode binders are based, for example, on polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylic acid, or carboxymethylcellulose. Common conductive agents are carbon black and metal powders.

本発明の文脈では、正極材料がPVDFバインダーを含み、負極材料がポリアクリレートバインダー、特にポリアクリル酸リチウムを含むことが特に好ましい。 In the context of the present invention it is particularly preferred that the positive electrode material comprises a PVDF binder and the negative electrode material comprises a polyacrylate binder, especially lithium polyacrylate.

正極に適した活物質としては、LiCoO及びLiFePOなどのリチウム金属酸化物化合物及びリチウム金属リン酸化合物が挙げられる。更に、化学式がLiNiMnCo(但し、x+y+zは通常1)である酸化リチウムニッケルマンガンコバルト(NMC)が特によく適しており、化学式がLiMnであるリチウムマンガンスピネル(LMO)、又は化学式がLiNiCoAl(但し、x+y+zは通常1)であるリチウムニッケルコバルトアルミナ(NCA)。それらの誘導体、例えば、化学式がLi1.11(Ni0.40Mn0.39Co0.16Al0.050.89であるリチウムニッケルマンガンコバルトアルミナ(NMCA)又はLi1+xM-O化合物及び/又は前述の材料の混合物も使用することができる。 Suitable active materials for the positive electrode include lithium metal oxide compounds and lithium metal phosphate compounds such as LiCoO2 and LiFePO4 . In addition, lithium nickel manganese cobalt oxide (NMC) with the formula LiNixMnyCozO2 (where x+y+z is usually 1) is particularly well suited, and lithium manganese spinel ( LMO ) with the formula LiMn2O4 ), or lithium nickel cobalt alumina ( NCA ) whose chemical formula is LiNixCoyAlzO2 , where x+y+z are usually 1. Derivatives thereof such as lithium nickel manganese cobalt alumina ( NMCA ) or Li 1 +x M− O compounds and/or mixtures of the aforementioned materials can also be used.

本発明によるセルのアノード内のケイ素含有率が高いので、良好なセルバランスを達成するために、呼応して大容量のカソードが必要となる。従って、NMC、NCA、又はNMCAが特に好ましい。 The high silicon content in the anode of cells according to the invention requires a correspondingly high capacity cathode to achieve good cell balance. Therefore, NMC, NCA or NMCA are particularly preferred.

特に好ましい実施形態では、本発明によるセルは、この直後に示す特徴a~eのうちの少なくとも1つを有する:
a.正極材料は、活物質として、可逆的なリチウムの取り込み及び放出ができる少なくとも1つの金属酸化物化合物、好ましくは上記の化合物のうちの1つ、特にNMC、NCA、又はNMCAを含む。
b.その少なくとも1つの酸化物化合物は、50重量%~99重量%の割合で、特に80重量%~99重量%の割合で、電極材料中に含まれる。
c.正極材料も、電極バインダー及び/又は導電剤を含むことが好ましい。
d.電極バインダーは、正極材料中に1wt%~15wt%の割合で、特に2wt%~5wt%の割合で含まれる。
e.導電剤は、正極材料中に0.1wt%~15wt%の割合で含まれる。
In a particularly preferred embodiment, the cell according to the invention has at least one of the features a to e indicated immediately below:
a. The positive electrode material comprises as active material at least one metal oxide compound capable of reversible lithium uptake and release, preferably one of the compounds mentioned above, in particular NMC, NCA or NMCA.
b. The at least one oxide compound is present in the electrode material in a proportion of 50% to 99% by weight, in particular in a proportion of 80% to 99% by weight.
c. Preferably, the positive electrode material also contains an electrode binder and/or a conductive agent.
d. The electrode binder is contained in the positive electrode material in a proportion of 1 wt % to 15 wt %, in particular in a proportion of 2 wt % to 5 wt %.
e. The conductive agent is contained in the positive electrode material at a ratio of 0.1 wt% to 15 wt%.

直前に示した特徴a~eは、互いに組み合わせて実現されることが特に好ましい。 The immediately preceding features a to e are particularly preferably realized in combination with one another.

正の電極と負の電極の両方の場合において、電極材料中に含まれる各構成要素のパーセンテージが、合計すると100重量%になることが好ましい。 In the case of both positive and negative electrodes, it is preferred that the percentages of each component contained in the electrode material add up to 100% by weight.

高容量カソードは、200~250mAh/gの範囲内で可逆的にリチウムを貯蔵することができるが、ケイ素の理論的な容量は約3500mAh/gである。これにより、表面電荷が高い比較的に厚いカソード及び表面電荷が低い非常に薄いアノードがもたらされる。ケイ素などの材料は、非常に高い静電容量に起因して小さな電圧変化にも強く反応するので、アノード集電体は、出来る限り均一にコーティングされるべきである。集電体の荷重及び/又は電極材料の締固めにおけるほんの僅かの差が、電極のバランス及び/又は安定性において大きな局所的偏差をもたらすことがある。 High capacity cathodes can reversibly store lithium in the range of 200-250 mAh/g, while silicon has a theoretical capacity of about 3500 mAh/g. This results in a relatively thick cathode with high surface charge and a very thin anode with low surface charge. Materials such as silicon react strongly to small voltage changes due to their very high capacitance, so the anode current collector should be coated as uniformly as possible. Small differences in current collector loading and/or electrode material compaction can lead to large local deviations in electrode balance and/or stability.

この理由により、好ましい実施形態では、本発明によるセルはこの直後に示す特徴を有する:
a.負極(120)の単位面積当たりの重量は、少なくとも10cmという単位面積当たり最大で2%だけ、平均値から外れる。
For this reason, in a preferred embodiment the cell according to the invention has the characteristics indicated immediately below:
a. The weight per unit area of the negative electrode (120) deviates from the average value by at most 2% per unit area of at least 10 cm 2 .

平均値は、少なくとも10回の測定結果の合計を、実施した測定回数で割ったものの商である。 The average value is the quotient of the sum of the results of at least 10 measurements divided by the number of measurements performed.

更に、セルは、例えば、有機溶媒(例えば、有機カーボネートの混合物)中に溶解したヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)などの、少なくとも1種のリチウム塩をベースにした電解質を含むことが好ましい。 Furthermore, the cell preferably comprises at least one lithium salt-based electrolyte such as, for example, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) dissolved in an organic solvent (eg, a mixture of organic carbonates).

特に好ましい実施形態では、本発明によるセルは、この直後に示す特徴a~dのうちの少なくとも1つを有する:
a.セルは、テトラヒドロフラン(THF)と2-メチルテトラヒドロフラン(mTHF)との混合物を含む電解質を含む。
b.混合物中のTHF:mTHFの体積比は2:1~1:2の範囲内であり、特に1:1であることが好ましい。
c.セルは、伝導塩としてLiPFを含む電解質を含む。
d.電解質中に含まれる、1.5~2.5M、特に2Mの割合の伝導塩。
In a particularly preferred embodiment, the cell according to the invention has at least one of the features a to d indicated immediately below:
a. The cell contains an electrolyte comprising a mixture of tetrahydrofuran (THF) and 2-methyltetrahydrofuran (mTHF).
b. The volume ratio of THF:mTHF in the mixture is in the range from 2:1 to 1:2, preferably 1:1.
c. The cell contains an electrolyte containing LiPF 6 as a conducting salt.
d. 1.5-2.5M, in particular 2M, conductive salt contained in the electrolyte.

本発明によるセルの電解質は、上記の特徴a~dの全てを特徴とすることが特に好ましい。 It is particularly preferred that the electrolyte of the cell according to the invention is characterized by all of the features a to d above.

代替の特に好ましい実施形態では、本発明によるセルは、この直後に示す特徴a~eのうちの少なくとも1つを有する:
a.セルは、炭酸フルオロエチレン(FEC)と炭酸エチルメチル(EMC)との混合物を含む電解質を含む。
b.混合物中のFEC:EMCの体積比は1:7~5:7の範囲内であり、特に3:7であることが好ましい。
c.セルは、伝導塩としてLiPFを含む電解質を含む。
d.伝導塩は、1.0~2.0M、特に1.5Mの濃度で電解質に含まれる。
e.電解質は、炭酸ビニレン(VC)を、特に1~3重量%の割合で含む。
In an alternative and particularly preferred embodiment, the cell according to the invention has at least one of the features a to e indicated immediately below:
a. The cell contains an electrolyte comprising a mixture of fluoroethylene carbonate (FEC) and ethylmethyl carbonate (EMC).
b. The volume ratio of FEC:EMC in the mixture is in the range from 1:7 to 5:7, preferably 3:7.
c. The cell contains an electrolyte containing LiPF 6 as a conducting salt.
d. The conducting salt is contained in the electrolyte at a concentration of 1.0-2.0M, especially 1.5M.
e. The electrolyte contains vinylene carbonate (VC), in particular in a proportion of 1 to 3% by weight.

本発明によるセルの電解質は、上記の特徴a~eの全てを特徴とすることが特に好ましい。 It is particularly preferred that the electrolyte of the cell according to the invention is characterized by all of the features a to e above.

セパレータは、例えば、電解質が浸透することができる電気絶縁性のプラスチック膜である、というのも、これには微小孔があるからである。箔は、例えば、ポリオレフィン又はポリエーテルケトンから形成されることがある。そのようなプラスチック材料から作製された不織物及び織物もセパレータとして使用することができる。 A separator is, for example, an electrically insulating plastic membrane that can be permeated by an electrolyte because it has micropores. The foil may be formed from polyolefin or polyetherketone, for example. Nonwovens and wovens made from such plastic materials can also be used as separators.

サイクル安定性を向上させるために、本発明によるセルのカソード対アノードの静電容量の比は、ケイ素の潜在的な静電容量が完全に利用されることのないように、バランスを取られていることが好ましい。 To improve cycling stability, the cathode-to-anode capacitance ratio of a cell according to the invention is balanced so that the potential capacitance of silicon is not fully utilized. preferably.

本発明によるセルは、この直後に示す特徴aを有することが特に好ましい:
e.本発明のセルのカソード対アノードの静電容量は、動作中に負極の電極材料1グラム当たり700~1500mAhのみが可逆的に使用されるように、バランスを取られている。
この処置により、体積変化を大幅に低減することができる。
It is particularly preferred that the cell according to the invention has the characteristic a indicated immediately below:
e. The cathode-to-anode capacitance of the cell of the present invention is balanced so that only 700-1500 mAh per gram of negative electrode material is reversibly used during operation.
This measure can significantly reduce the volume change.

リボン状のアノード及びリボン状のカソードは、電極-セパレータアセンブリの内部で互いからオフセットされて、アノード集電体の第1の長手方向の縁が末端面のうちの一方から突き出ており、カソード集電体の第1の長手方向の縁が末端面のうちの他方から突き出ていることが確実になっていることが好ましい。 The ribbon-shaped anode and the ribbon-shaped cathode are offset from each other within the electrode-separator assembly such that a first longitudinal edge of the anode current collector protrudes from one of the end faces and the cathode collector. It is preferably ensured that the first longitudinal edge of the electrical body protrudes from the other of the end faces.

電極とセパレータのアセンブリを製造する際に、通常、反対の極性をしたそれらの集電体が1つの側から突き出ないことを確実にするように注意が払われる、というのも、これは、短絡の危険性を高めることがあるからである。しかしながら、上述したアノードとカソードの互い違いの配置により、短絡の危険性は最小限に抑えられる、というのも、反対の極性をしたそれらの集電体は、巻き体の反対の末端面又はスタックの反対の側面から突き出ているからである。 In fabricating the electrode and separator assembly, care is usually taken to ensure that their current collectors of opposite polarity do not protrude from one side, as this can lead to short circuits. This is because it may increase the risk of However, the staggered placement of the anodes and cathodes described above minimizes the risk of short circuits, because those current collectors of opposite polarity are connected to opposite end faces of the windings or stacks. because it protrudes from the opposite side.

互い違いの配置から生じるそれらの集電体の突出部は、本発明に従って、好ましくはそれらの全長に渡って、適切な分流加減器によってそれらを接触させることにより、利用されることがある。本発明によれば、前述した接触板金属部材は分流加減器としてはたらく。そのような電気的な接触は、本発明によるセル内の内部抵抗を大幅に低減する。従って、上述した構成は、大電流の発生を非常によく吸収することができる。内部抵抗が最小限に抑えられると、大電流での熱損失が低減される。更に、巻かれた電極-セパレータアセンブリからの熱エネルギーの放散にとって有利になる。大きな負荷がかかると、加熱が局所的に発生するのではなく、均等に分散する。 Those current collector protrusions resulting from the staggered arrangement may be utilized in accordance with the present invention, preferably over their entire length, by contacting them by a suitable shunt regulator. According to the present invention, the contact plate metal member described above acts as a diverter. Such electrical contact greatly reduces the internal resistance within the cell according to the invention. Therefore, the configuration described above can very well absorb the occurrence of large currents. Minimizing internal resistance reduces heat loss at high currents. Furthermore, it is advantageous for the dissipation of thermal energy from the wound electrode-separator assembly. Under heavy loads, heating is evenly distributed rather than localized.

前述した要素に加えて、本発明によるリチウムイオンセルは、便宜上、2つ以上のハウジング部品からなるハウジングも備えており、このハウジングは、気密及び/又は液密の態様で、巻き体の形態をした電極-セパレータアセンブリを封入することが好ましい。 In addition to the elements mentioned above, the lithium-ion cell according to the invention expediently also comprises a housing consisting of two or more housing parts, which in an airtight and/or liquidtight manner takes the form of a roll. It is preferred to enclose the assembled electrode-separator assembly.

接触板金属部材が使用される場合、一般的に、接触板金属部材をハウジングに又はハウジングから導き出された導電体に電気的に接続することが必要である。例えば、接触板金属部材は、ハウジング部品に直接的に又は導電体を介して接続されることがある。 When contact plate metal members are used, it is generally necessary to electrically connect the contact plate metal members to the housing or to electrical conductors led out of the housing. For example, the contact plate metal member may be connected to the housing part directly or via electrical conductors.

電極-セパレータアセンブリが2つ以上の同一の電極-セパレータアセンブリのスタックの一部である場合、それらの同一の電極-セパレータアセンブリは、アノード集電体の縁、任意選択的にアノード集電体の長手方向の縁も、及びカソード集電体の縁、任意選択的にカソード集電体の長手方向の縁も、のそれぞれがスタックの同じページから突き出るように、スタック内で配置される。従って、全てのアノード集電体及び全てのカソード集電体は、いずれにおいても同じ接触板金属部材と同時に電気的に接触することができる。 When the electrode-separator assembly is part of a stack of two or more identical electrode-separator assemblies, those identical electrode-separator assemblies are located at the edge of the anode current collector, optionally at the anode current collector. The longitudinal edges and the cathode current collector edges, optionally also the cathode current collector longitudinal edges, are arranged in the stack such that each project from the same page of the stack. Therefore, all anode current collectors and all cathode current collectors can be in electrical contact simultaneously with the same contact plate metal member at any one time.

特に好ましい実施形態では、本発明によるセルは、ハウジングの一部が接触板金属部材としてはたらくこと、及び/又は接触板金属部材が電極-セパレータアセンブリを封入するハウジングの一部を形成することを特徴とする。 In a particularly preferred embodiment, the cell according to the invention is characterized in that part of the housing serves as the contact plate metal member and/or the contact plate metal member forms part of the housing enclosing the electrode-separator assembly. and

これらの実施形態は特に有利である。一方で、熱放散に関しては最適である。巻き体内部で発生した熱は、縁を介して、特に長手方向の縁を介してハウジングに直接的に放散させることができる。第二に、所与の外部寸法を有するハウジングの内部体積を、このようにしてほぼ最適に利用することができる。別個の各接触板金属部材、及び接触板金属部材をハウジングに接続するための別個の各導電体は、ハウジングの内部にスペースを必要とし、セルの重量を増加させる。そのような別個の構成要素を排除することにより、このスペースは活物質のために利用可能になる。従って、本発明によるセルのエネルギー密度を更に高めることができる。 These embodiments are particularly advantageous. On the one hand, it is optimal in terms of heat dissipation. The heat generated inside the winding can be dissipated directly into the housing via the edges, especially the longitudinal edges. Secondly, the internal volume of the housing with given external dimensions can be utilized almost optimally in this way. Each separate contact plate metal member and each separate electrical conductor for connecting the contact plate metal member to the housing requires space inside the housing and increases the weight of the cell. By eliminating such separate components, this space becomes available for active material. Therefore, the energy density of the cell according to the invention can be further increased.

第1の、特に好ましい接触変形形態では、本発明によるセルは、この直後に示す特徴a及びbのうちの少なくとも1つ、特に好ましくはそれら2つの特徴の組み合わせを有する:
a.ハウジングは、底部及び周囲側壁及び開口部を有するカップ状の第1のハウジング部品と、開口部を閉じる第2のハウジング部品とを備える。
b.接触板金属部材は、第1のハウジング部品の底部である。
In a first, particularly preferred contact variant, the cell according to the invention has at least one of the features a and b indicated immediately below, particularly preferably a combination of the two features:
a. The housing comprises a cup-shaped first housing part having a bottom and peripheral side walls and an opening, and a second housing part closing the opening.
b. The contact plate metal member is the bottom of the first housing part.

ハウジングは、形状が円筒形又は角柱形であることが好ましい。従って、カップ状の第1のハウジング部品は、円形又は矩形の断面を有することが好ましく、第2のハウジング部品及び第1のハウジング部品の底部は、形状が円形又は矩形であることが好ましい。 The housing is preferably cylindrical or prismatic in shape. Thus, the cup-shaped first housing part preferably has a circular or rectangular cross-section, and the second housing part and the bottom of the first housing part are preferably circular or rectangular in shape.

電極-セパレータアセンブリが、2つの末端面を有する巻き体の形態をしている場合、ハウジングは円筒形であることが好ましい。一方、電極-セパレータアセンブリが2つ以上の同一の電極-セパレータアセンブリのスタックの一部である場合、ハウジングは角柱形であることが好ましい。 If the electrode-separator assembly is in the form of a roll with two end faces, the housing is preferably cylindrical. On the other hand, if the electrode-separator assembly is part of a stack of two or more identical electrode-separator assemblies, the housing is preferably prismatic.

ハウジングが円筒形である場合、ハウジングは一般的に、円筒形のハウジングシェル並びに円形の上部部品及び円形の下部部品を含み、それによって、この変形例では、第1のハウジング部品はハウジングシェル及び円形の下部部品を含み、第2のハウジング部品は円形の上部部品に対応する。円形の上部部品及び/又は円形の下部部品は、接触板金属部材としてはたらくことがある。 When the housing is cylindrical, the housing generally includes a cylindrical housing shell and a circular upper part and a circular lower part, whereby in this variant the first housing part consists of the housing shell and the circular and the second housing part corresponds to the circular upper part. A circular top part and/or a circular bottom part may serve as contact plate metal members.

ハウジングが角柱形である場合、ハウジングは一般的に、幾つかの矩形の側壁、並びに多角形の、特に矩形の上部部品、及び多角形の、特に矩形の下部部品を含み、それによって、この変形例では、第1のハウジング部品は側壁及び多角形の下部部品を含み、第2のハウジング部品は円形の多角形の上部部品に対応する。上部部品及び/又は下部部品は、接触板金属部材としてはたらくことがある。 If the housing is prismatic, it generally comprises several rectangular side walls, as well as a polygonal, in particular rectangular, upper part and a polygonal, in particular rectangular lower part, whereby this deformation In an example, the first housing part includes side walls and a polygonal bottom part, and the second housing part corresponds to a circular polygonal top part. The upper part and/or the lower part may serve as contact plate metal members.

第1及び第2のハウジング部品は両方とも、導電性材料、特に金属材料からなることが好ましい。それらのハウジング部品は、例えば、互いに独立して、ニッケルめっきされた鋼板又は合金若しくは非合金のアルミニウムからなることがある。 Both the first and the second housing part preferably consist of an electrically conductive material, in particular a metallic material. These housing parts can, for example, independently of each other consist of nickel-plated steel sheets or alloyed or unalloyed aluminum.

第1の接触変形形態の好ましい更なる発展形態では、本発明によるセルは、この直後に示す特徴a~eのうちの少なくとも1つ、特に特徴a~eの組み合わせ、を有する:
a.セルは接触板金属部材を有し、アノード集電体の第1の縁又は長手方向の縁は、好ましくは長手方向に、直接的にこの接触板金属部材と接触し、その縁又は長手方向の縁は、この接触板金属部材と溶接によって接合される。
b.セルは接触板金属部材を有し、カソード集電体の第1の縁又は長手方向の縁は、好ましくは長手方向に、直接的にこの接触板金属部材と接触し、その縁又は長手方向の縁は、この接触板金属部材と溶接によって接続される。
c.接触板金属部材のうちの一方は、第1のハウジング部品の底部である。
d.接触板金属部材のうちの他方は、導電体を介して第2のハウジング部品に接続される。
e.セルは、第1及び第2のハウジング部品を互いから電気的に絶縁するシールを含む。
In a preferred further development of the first contact variant, the cell according to the invention has at least one of the features a to e indicated immediately below, in particular a combination of features a to e:
a. The cell has a contact plate metal member, and a first edge or longitudinal edge of the anode current collector is in direct contact with the contact plate metal member, preferably longitudinally, and the edge or longitudinal edge is in direct contact with the contact plate metal member. The rim is joined by welding with this contact plate metal member.
b. The cell has a contact plate metal member, and the first edge or longitudinal edge of the cathode current collector is in direct contact with the contact plate metal member, preferably longitudinally, and the edge or longitudinal edge is in direct contact with the contact plate metal member. The edges are connected with this contact plate metal member by welding.
c. One of the contact plate metal members is the bottom of the first housing part.
d. The other of the contact plate metal members is connected to the second housing part via electrical conductors.
e. The cell includes a seal that electrically isolates the first and second housing parts from each other.

この実施形態では、従来のハウジング部品を使用して、電極-セパレータアセンブリを封入することができる。底部と電極-セパレータアセンブリとの間に配置される導電体のために無駄にされるスペースはない。底部側に、別個の接触板金属部材は必要ない。ハウジングを閉じるために、第2のハウジング部品の1つの縁に電気絶縁性シールを取り付けることができる。第2のハウジング部品及びシールからなるアセンブリを、第1のハウジング部品の開口部に挿入し、例えば圧着加工によって、機械的にそこに固定することができる。 In this embodiment, conventional housing components can be used to enclose the electrode-separator assembly. No space is wasted for conductors placed between the bottom and the electrode-separator assembly. No separate contact plate metal member is required on the bottom side. An electrically insulating seal can be attached to one edge of the second housing part to close the housing. The assembly consisting of the second housing part and the seal can be inserted into the opening of the first housing part and mechanically fixed there, for example by crimping.

第1の接触変形形態の特に好ましい実施形態では、第2のハウジング部品は接触板金属部材としてもはたらくことがある。この実施形態では、本発明によるセルは、この直後に示す特徴のうちの少なくとも1つ、特にこの直後に示す特徴a~eの組み合わせ、を有する:
a.セルは接触板金属部材を有し、アノード集電体の第1の縁又は長手方向の縁は、好ましくは長手方向に、直接的にこの接触板金属部材と接触し、その縁又は長手方向の縁は、この接触板金属部材と溶接によって接合される。
b.セルは接触板金属部材を有し、カソード集電体の第1の縁又は長手方向の縁は、好ましくは長手方向に、直接的にこの接触板金属部材と接触し、その縁又は長手方向の縁は、この接触板金属部材と溶接によって接続される。
c.接触板金属部材のうちの一方は、第1のハウジング部品の底部である。
d.接触板金属部材のうちの他方は、第2のハウジング部品である。
e.セルは、第1及び第2のハウジング部品を互いから電気的に絶縁する電気的シールを含む。
In a particularly preferred embodiment of the first contact variant, the second housing part may also serve as contact plate metal member. In this embodiment, the cell according to the invention has at least one of the immediately following characteristics, in particular the combination of the following immediately following characteristics a to e:
a. The cell has a contact plate metal member, and a first edge or longitudinal edge of the anode current collector is in direct contact with the contact plate metal member, preferably longitudinally, and the edge or longitudinal edge is in direct contact with the contact plate metal member. The rim is joined by welding with this contact plate metal member.
b. The cell has a contact plate metal member, and the first edge or longitudinal edge of the cathode current collector is in direct contact with the contact plate metal member, preferably longitudinally, and the edge or longitudinal edge is in direct contact with the contact plate metal member. The edges are connected with this contact plate metal member by welding.
c. One of the contact plate metal members is the bottom of the first housing part.
d. The other of the contact plate metal members is the second housing component.
e. The cell includes an electrical seal that electrically isolates the first and second housing parts from each other.

この実施形態では、接触板金属部材をハウジング部品に接続するために電極-セパレータアセンブリのいずれのページにも導電体は必要ない。一方のページでは、接触板金属部材のうちの1つがハウジング部品としても機能し、他方のページでは、ハウジングの一部が接触板金属部材としてはたらく。ハウジングの内部のスペースを最適に使用することができる。 In this embodiment, no electrical conductors are required on either page of the electrode-separator assembly to connect the contact plate metal members to the housing parts. On one page, one of the contact plate metal members also serves as a housing part, and on the other page, part of the housing serves as the contact plate metal member. The space inside the housing can be optimally used.

第1の接触変形形態の更に好ましい更なる発展形態では、本発明によるセルは、この直後に示す特徴a~eのうちの少なくとも1つを有する:
a.セルは接触板金属部材を有し、アノード集電体の第1の縁又は長手方向の縁は、好ましくは長手方向に、直接的にこの接触板金属部材と接触し、その縁又は長手方向の縁は、この接触板金属部材と溶接によって接合される。
b.セルは接触板金属部材を有し、カソード集電体の第1の縁又は長手方向の縁は、好ましくは長手方向に、直接的にこの接触板金属部材と接触し、その縁又は長手方向の縁は、この接触板金属部材と溶接によって接続される。
c.接触板金属部材のうちの一方は、第1のハウジング部品の底部である。
d.第2のハウジング部品は、第1のハウジング部品の開口部に溶接され、ポールブッシング、例えば電気絶縁体によって囲まれたポールスタッドを含み、これを介して導電体がハウジングから導き出される。
e.接触板金属部材のうちの他方は、この導電体に電気的に接続される。
In a further preferred further development of the first contact variant, the cell according to the invention has at least one of the features a to e indicated immediately below:
a. The cell has a contact plate metal member, and a first edge or longitudinal edge of the anode current collector is in direct contact with the contact plate metal member, preferably longitudinally, and the edge or longitudinal edge is in direct contact with the contact plate metal member. The rim is joined by welding with this contact plate metal member.
b. The cell has a contact plate metal member, and the first edge or longitudinal edge of the cathode current collector is in direct contact with the contact plate metal member, preferably longitudinally, and the edge or longitudinal edge is in direct contact with the contact plate metal member. The edges are connected with this contact plate metal member by welding.
c. One of the contact plate metal members is the bottom of the first housing part.
d. A second housing part is welded to the opening of the first housing part and includes a pole stud surrounded by a pole bushing, eg an electrical insulator, through which the conductor leads out of the housing.
e. The other of the contact plate metal members is electrically connected to this conductor.

直前に示した特徴a~eは、互いに組み合わせて実現されることが特に好ましい。 The immediately preceding features a to e are particularly preferably realized in combination with one another.

この実施形態では、それらのハウジング部品は一緒に溶接され、従って電気的に接続される。この理由のために、前述のポールブッシングが必要となる。 In this embodiment, those housing parts are welded together and thus electrically connected. For this reason, the aforementioned pole bushing is required.

第2の好ましい接触変形形態では、本発明によるセルは、この直後に示す特徴a及びbのうちの少なくとも1つ、特に好ましくはそれら2つの特徴の組み合わせを有する:
a.ハウジングは、2つの末端開口部を有する管状の第1のハウジング部品と、開口部のうちの一方を閉じる第2のハウジング部品と、開口部のうちの他方を閉じる第3のハウジング部品とを備える。
b.接触板金属部材は、第2のハウジング部品又は第3のハウジング部品である。
In a second preferred contact variant, the cell according to the invention has at least one of the features a and b indicated immediately below, particularly preferably a combination of the two features:
a. The housing comprises a tubular first housing part having two end openings, a second housing part closing one of the openings and a third housing part closing the other of the openings. .
b. The contact plate metal member is the second housing part or the third housing part.

この接触変形形態でも、セルのハウジングは、円筒形又は角柱形であることが好ましい。管状の第1のハウジング部品は、円形又は矩形の断面を有し、第2及び第3のハウジング部品は、円形又は矩形であることが好ましい。 Also in this contact variant, the housing of the cell is preferably cylindrical or prismatic. Preferably, the tubular first housing part has a circular or rectangular cross-section and the second and third housing parts are circular or rectangular.

ハウジングが円筒形である場合、第1のハウジング部品は一般的に中空の円筒形であり、第2及び第3のハウジング部品は円形であり、接触板金属部材としてはたらくと同時に底部及び蓋としてはたらくことができ、これらは、第1のハウジング部品を末端で閉じることができる。 When the housing is cylindrical, the first housing part is generally hollow cylindrical and the second and third housing parts are circular and serve as the contact plate metal member and as the bottom and lid. , which can close the first housing part at the ends.

ハウジングが角柱形である場合、第1のハウジング部品は一般的に、共通の縁によって一緒に接合された複数の矩形の側壁を含み、第2及び第3のハウジング部品はそれぞれ多角形、特に矩形である。第2及び第3のハウジング部品は両方とも、接触板金属部材としてはたらくことがある。 Where the housing is prismatic, the first housing part generally comprises a plurality of rectangular side walls joined together by common edges, and the second and third housing parts are each polygonal, particularly rectangular. is. Both the second and third housing parts may serve as contact plate metal members.

第1及び第2のハウジング部品は両方とも、導電性材料、特に金属材料からなることが好ましい。例えば、ハウジング部品は、ニッケルめっきされた綱板、ステンレス鋼(例えば、タイプ1.4303又は1.4304の)、銅、ニッケルめっきされた銅、又は合金の若しくは非合金のアルミニウムからなることがある。カソードに電気的に接続されたハウジング部品はアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、アノードに電気的に接続されたハウジング部品は銅又は銅合金又はニッケルめっきされた銅からなることも好ましいことがある。 Both the first and the second housing part preferably consist of an electrically conductive material, in particular a metallic material. For example, the housing parts may consist of nickel-plated steel, stainless steel (eg of type 1.4303 or 1.4304), copper, nickel-plated copper, or alloyed or non-alloyed aluminum. . It may also be preferred that the housing part electrically connected to the cathode consists of aluminum or an aluminum alloy and the housing part electrically connected to the anode consists of copper or a copper alloy or nickel-plated copper.

この変形形態の主な利点は、ハウジングを形成するために、上流の成形及び/又は鋳造操作によって生成されるべきカップ状のハウジング部品が必要なくなることである。その代わりに、管状の第1のハウジング部品が開始点としてはたらく。 The main advantage of this variant is that it eliminates the need for a cup-shaped housing part to be produced by upstream molding and/or casting operations to form the housing. Instead, the tubular first housing part serves as the starting point.

第2の変形形態の好ましい更なる発展形態では、本発明によるセルは、この直後に示す特徴a~eのうちの少なくとも1つ、特にこの直後に示す特徴a~eの組み合わせ、を有する:
a.セルは接触板金属部材を有し、アノード集電体の第1の縁又は長手方向の縁は、好ましくは長手方向に、直接的にこの接触板金属部材と接触し、その縁又は長手方向の縁は、この接触板金属部材と溶接によって接合される。
b.セルは接触板金属部材を有し、カソード集電体の第1の縁又は長手方向の縁は、好ましくは長手方向に、直接的にこの接触板金属部材と接触し、その縁又は長手方向の縁は、この接触板金属部材と溶接によって接続される。
c.接触板金属部材のうちの一方は、第1のハウジング部品の末端開口部のうちの一方に溶接され、第2のハウジング部品である。
d.第3のハウジング部品は、第1のハウジング部品の末端開口部のうちの他方に溶接され、ポールブッシング、例えば電気絶縁体によって取り囲まれたポールスタッドを備え、これを通して、導電体がハウジングから導き出される。
e.接触板金属部材のうちの他方は、この導電体に電気的に接続される。
In a preferred further development of the second variant, the cell according to the invention has at least one of the features a to e indicated immediately below, in particular a combination of features a to e indicated immediately below:
a. The cell has a contact plate metal member, and a first edge or longitudinal edge of the anode current collector is in direct contact with the contact plate metal member, preferably longitudinally, and the edge or longitudinal edge is in direct contact with the contact plate metal member. The rim is joined by welding with this contact plate metal member.
b. The cell has a contact plate metal member, and the first edge or longitudinal edge of the cathode current collector is in direct contact with the contact plate metal member, preferably longitudinally, and the edge or longitudinal edge is in direct contact with the contact plate metal member. The edges are connected with this contact plate metal member by welding.
c. One of the contact plate metal members is welded to one of the end openings of the first housing part and is the second housing part.
d. A third housing part is welded to the other of the end openings of the first housing part and comprises a pole stud surrounded by a pole bushing, e.g. an electrical insulator, through which the conductor leads out of the housing. .
e. The other of the contact plate metal members is electrically connected to this conductor.

直前に示した特徴a~eは、互いに組み合わせて実現されることが特に好ましい。 The immediately preceding features a to e are particularly preferably realized in combination with one another.

第2の変形形態の更に好ましい更なる発展形態では、本発明によるセルは、この直後に示す特徴a~dのうちの少なくとも1つを有する:
a.セルは接触板金属部材を有し、アノード集電体の第1の縁又は長手方向の縁は、好ましくは長手方向に、直接的にこの接触板金属部材と接触し、その縁又は長手方向の縁は、この接触板金属部材と溶接によって接合される。
b.セルは接触板金属部材を有し、カソード集電体の第1の縁又は長手方向の縁は、好ましくは長手方向に、直接的にこの接触板金属部材と接触し、その縁又は長手方向の縁は、この接触板金属部材と溶接によって接続される。
c.接触板金属部材のうちの一方は、第1のハウジング部品の末端開口部のうちの一方に溶接され、第2のハウジング部品である。
d.接触板金属部材のうちの他方は、第3のハウジング部品として第1のハウジング部品の末端開口部のうちの他方を閉じ、シールによって第1のハウジング部品から絶縁される。
In an even more preferred further development of the second variant, the cell according to the invention has at least one of the features a to d indicated immediately below:
a. The cell has a contact plate metal member, and a first edge or longitudinal edge of the anode current collector is in direct contact with the contact plate metal member, preferably longitudinally, and the edge or longitudinal edge is in direct contact with the contact plate metal member. The rim is joined by welding with this contact plate metal member.
b. The cell has a contact plate metal member, and the first edge or longitudinal edge of the cathode current collector is in direct contact with the contact plate metal member, preferably longitudinally, and the edge or longitudinal edge is in direct contact with the contact plate metal member. The edges are connected with this contact plate metal member by welding.
c. One of the contact plate metal members is welded to one of the end openings of the first housing part and is the second housing part.
d. The other of the contact plate metal members closes the other of the end openings of the first housing part as a third housing part and is insulated from the first housing part by a seal.

直前に示した特徴a~dは、互いに組み合わせて実現されることが特に好ましい。 Features a to d indicated immediately above are particularly preferably realized in combination with each other.

両方の実施形態とも、ハウジングの一方の側で、接触板金属部材がハウジング部品としてはたらき、溶接によって第1のハウジング部品に接続されることを特徴とする。他方の側で、接触板金属部材はやはりハウジング部品としてはたらくことができる。しかしながら、これは、第1のハウジング部品から電気的に絶縁されなくてはならない。或いは、ポールブッシングをここで使用することもできる。 Both embodiments are characterized in that, on one side of the housing, the contact plate metal member serves as housing part and is connected to the first housing part by welding. On the other side, the contact plate metal member can also serve as a housing part. However, it must be electrically insulated from the first housing part. Alternatively, pole bushings could be used here.

本発明によるセルのポールブッシングは、ハウジングとハウジングから導き出された導電体との間の電気的接触を防ぐ電気絶縁体を含む。電気絶縁体は、例えば、ガラス又はセラミック材料又はプラスチックであり得る。 The pole bushing of the cell according to the invention includes an electrical insulator that prevents electrical contact between the housing and electrical conductors leading out of the housing. The electrical insulator can be, for example, a glass or ceramic material or plastic.

電極-セパレータアセンブリは、円筒形の巻き体の形態をしていることが好ましい。電極をそのような巻き体の形態で提供することにより、円筒形のハウジング内のスペースを特に有利に使用することが可能になる。従って、好ましい実施形態ではハウジングも円筒形である。 The electrode-separator assembly is preferably in the form of a cylindrical roll. Providing the electrodes in such a wound form allows a particularly advantageous use of the space within the cylindrical housing. Therefore, the housing is also cylindrical in the preferred embodiment.

他の好ましい実施形態では、電極-セパレータアセンブリは、角柱形の巻き体の形態をしている。電極をそのような巻き体の形態で提供することにより、角柱形のハウジング内のスペースを特に有利に使用することが可能になる。従って、好ましい実施形態ではハウジングも角柱形である。 In another preferred embodiment, the electrode-separator assembly is in the form of a prismatic winding. Providing the electrodes in such a wound form allows a particularly advantageous use of the space within the prismatic housing. Therefore, in the preferred embodiment the housing is also prismatic.

更に、角柱形のハウジングは、上記で紹介した同一の電極-セパレータアセンブリの角柱形のスタックによって、非常によく充填されることがある。この目的のために、電極-セパレータアセンブリは、実質的に矩形の基本形状をしていることが特に好ましいことがある。 Additionally, a prismatic housing may be very well filled by a prismatic stack of the same electrode-separator assemblies introduced above. For this purpose it may be particularly preferred that the electrode-separator assembly has a substantially rectangular basic shape.

ハウジングの一部が接触板金属部材としてはたらくか、且つ/又は接触板金属部材が電極-セパレータアセンブリを封入するハウジングの一部を形成する、上述の実施形態の全て、特に第1及び第2の接触変形形態は、請求項1の特徴kからは完全に独立して実施されることもあることが、強調されるべきである。従って、本発明は、請求項1の特徴a~jを有するセルも含み、このセルでは、ハウジングの一部は接触板金属部材としてはたらくか、且つ/又は接触板金属部材はハウジングの一部を形成するが、アノードは、必ずしも、活物質としてケイ素、アルミニウム、スズ、及び/又はアンチモンを20重量%~90重量%の割合で含むとは限らない。 All of the above embodiments, especially the first and second, in which part of the housing serves as the contact plate metal member and/or the contact plate metal member forms part of the housing enclosing the electrode-separator assembly. It should be emphasized that the contact variant may also be implemented completely independently from feature k of claim 1. The invention therefore also includes a cell having features a to j of claim 1, in which part of the housing serves as the contact plate metal member and/or the contact plate metal member forms part of the housing. Although formed, the anode does not necessarily contain silicon, aluminum, tin, and/or antimony as active material in proportions of 20% to 90% by weight.

特に好ましい実施形態では、本発明によるセルは、この直後に示す特徴a~cのうちの少なくとも1つを特徴とする:
a.溶接によって接触板金属部材に接続された集電体のストリップ状の主領域、好ましくは溶接によって接触板金属部材に接続された集電体のストリップ状の主領域は、複数のアパーチャを有する。
b.主領域のアパーチャは、丸い穴又は四角い穴、特にパンチ穴又はドリル穴である。
c.溶接によって接触板金属部材に接続された集電体は、特に丸い穴又は長穴の穿孔によって、主領域において穿孔されている。
In a particularly preferred embodiment, the cell according to the invention is characterized by at least one of the features ac indicated immediately below:
a. The strip-shaped main region of the current collector connected to the contact plate metal member by welding, preferably the strip-shaped main region of the current collector connected to the contact plate metal member by welding, has a plurality of apertures.
b. The apertures of the main area are round or square holes, especially punched or drilled holes.
c. The current collector, which is connected to the contact plate metal member by welding, is perforated in the main region, in particular by round or slotted perforations.

複数のアパーチャにより、集電体の体積の減少及び重量の減少がもたらされる。これにより、セルにより多くの活物質を導入し、従って、セルのエネルギー密度を劇的に高めることが可能になる。このようにして、最大で2桁のパーセンテージ範囲までエネルギー密度を増加させることができる。 Multiple apertures result in reduced volume and reduced weight of the current collector. This makes it possible to introduce more active material into the cell and thus dramatically increase the energy density of the cell. In this way the energy density can be increased up to a double digit percentage range.

幾つかの好ましい実施形態では、アパーチャは、レーザーによってストリップ状の主領域に導入される。 In some preferred embodiments, the apertures are introduced into the strip-like main regions by a laser.

原則として、アパーチャの幾何形状は本発明にとって重要ではない。重要なのは、アパーチャを挿入した結果として、集電体の嵩が減少し、アパーチャを活物質で満たすことができるので活物質のためのスペースがより増える、ということである。 In principle, the aperture geometry is not critical to the invention. Importantly, as a result of inserting the apertures, the volume of the current collector is reduced and the apertures can be filled with active material, thus providing more space for active material.

他方、アパーチャを挿入する場合、アパーチャの最大直径が大きすぎないことを確実にするのが非常に有利であることがある。好ましくは、アパーチャは、それぞれの集電体上の電極材料の層の厚さの2倍を超えてはならない。 On the other hand, when inserting an aperture, it can be very advantageous to ensure that the maximum diameter of the aperture is not too large. Preferably, the aperture should not exceed twice the thickness of the layer of electrode material on each current collector.

特に好ましい実施形態では、本発明によるセルは、この直後に示す特徴aを特徴とする:
a.集電体内の、特に主領域内のアパーチャの直径は、1μm~3000μmの範囲内である。
In a particularly preferred embodiment, the cell according to the invention is characterized by feature a indicated immediately below:
a. The diameter of the apertures in the current collector, especially in the main area, is in the range of 1 μm to 3000 μm.

この好ましい範囲内では、10μm~2000μm、好ましくは10μm~1000μm、特に50μm~250μmの範囲内の直径が更に好ましい。 Within this preferred range, diameters in the range from 10 μm to 2000 μm, preferably from 10 μm to 1000 μm, especially from 50 μm to 250 μm are more preferred.

本発明によるセルは、この直後に示す特徴a及びbのうちの少なくとも1つを有することが特に好ましい:
a.溶接によって集電体に接合された接触板金属部材は、少なくとも主領域の一部分において、同じ集電体の自由縁ストリップよりも単位面積当たりの重量が小さい。
b.溶接によって接触板金属部材に接続された集電体は、主領域よりも自由縁ストリップにおいて単位面積当たりのアパーチャの数が少ないか、又はアパーチャが全くない。
It is particularly preferred that the cell according to the invention has at least one of the features a and b indicated immediately below:
a. A contact plate metal member joined to a current collector by welding has a lower weight per unit area than a free edge strip of the same current collector, at least in a portion of the main area.
b. A current collector connected to a contact plate metal member by welding has fewer or no apertures per unit area in the free edge strip than in the main area.

直前に示した特徴a及びbは、互いに組み合わせて実現されることが特に好ましい。 The immediately preceding features a and b are particularly preferably realized in combination with each other.

アノード集電体及びカソード集電体の自由縁ストリップは、主領域を第1の縁又は第1の長手方向の縁に対して境界付ける。アノード集電体及びカソード集電体の両方が、両方の縁に沿って、特に両方の長手方向の縁に沿って自由縁ストリップを備えることが好ましい。 Anode current collector and cathode current collector free edge strips bound the main region to a first edge or first longitudinal edge. Both the anode and cathode current collectors preferably comprise free edge strips along both edges, particularly along both longitudinal edges.

アパーチャは主領域を特徴付ける。言い換えると、主領域と自由縁ストリップとの間の境界は、アパーチャのある領域とアパーチャの無い領域との間の変わり目に対応する。
アパーチャは、主領域全体に渡って実質的に均等に分散していることが好ましい。
Apertures characterize the main area. In other words, the boundary between the main area and the free edge strip corresponds to the transition between the apertured and non-apertured areas.
Preferably, the apertures are substantially evenly distributed over the main area.

更に特に好ましい実施形態では、本発明によるセルは、この直後に示す特徴a~cのうちの少なくとも1つを有する:
a.主領域での集電体の単位面積当たりの重量は、自由縁ストリップでの集電体の単位面積当たりの重量と比べて、5%~80%だけ低減されている。
b.集電体の穴面積は、主領域において5%~80%の範囲内である。
c.集電体の引張強さは、主領域において20N/mm~250N/mmである。
In a further particularly preferred embodiment, the cell according to the invention has at least one of the characteristics ac indicated immediately below:
a. The weight per unit area of the current collector in the main region is reduced by 5% to 80% compared to the weight per unit area of the current collector in the free edge strip.
b. The hole area of the current collector is in the range of 5% to 80% in the main area.
c. The current collector has a tensile strength of 20 N/mm 2 to 250 N/mm 2 in the main area.

しばしば自由断面積と呼ばれる穴面積は、ISO7806-1983に従って決定されることがある。主領域での集電体の引張強さは、アパーチャの無い集電体と比べて小さくなる。その決定は、DIN EN ISO527パート3に従って行うことができる。 Hole area, often referred to as free cross-sectional area, may be determined according to ISO 7806-1983. The tensile strength of the current collector in the main region is reduced compared to a current collector without apertures. The determination can be made according to DIN EN ISO 527 Part 3.

アノード集電体及びカソード集電体は、アパーチャの点で同一であるが又は似ていることが好ましい。それぞれの達成可能なエネルギー密度の改善が足し合わされる。従って、好ましい実施形態では、本発明によるセルは、この直後に示す特徴a~cのうちの少なくとも1つを有する:
a.アノード集電体主領域及びカソード集電体主領域、好ましくはストリップ状のアノード集電体主領域及びストリップ状のカソード集電体主領域は両方とも、複数のアパーチャを特徴とする。
b.セルは、第1の接触板金属部材として、第1の縁又は長手方向の縁のうちの一方に載っている接触板金属部材を含み、更に、第1の縁又は長手方向の縁のうちの他方に載っている第2の接触板金属部材を含む。
c.第2の接触板金属部材は、溶接によって、この他方の縁又は長手方向の縁に接続される。
The anode current collector and cathode current collector are preferably identical or similar in terms of apertures. Each achievable energy density improvement is added together. Therefore, in preferred embodiments, the cell according to the invention has at least one of the features ac indicated immediately below:
a. Both the anode current collector main area and the cathode current collector main area, preferably the strip-like anode current collector main area and the strip-like cathode current collector main area, are characterized by a plurality of apertures.
b. The cell includes a contact plate metal member resting on one of the first edge or the longitudinal edge as the first contact plate metal member, and further includes a contact plate metal member on one of the first edge or the longitudinal edge. A second contact plate metal member resting on the other.
c. A second contact plate metal member is connected to this other edge or longitudinal edge by welding.

直前に示した特徴a~cは、互いに組み合わせて実現されることが特に好ましい。しかしながら、特徴b及びcは、特徴a無しで組み合わせて実施されることもある。 The immediately preceding features ac are particularly preferably realized in combination with one another. However, features b and c may also be implemented in combination without feature a.

上述したアパーチャを備えた集電体の好ましい実施形態は、アノード集電体及びカソード集電体に独立して適用可能である。 The preferred embodiment of the apertured current collector described above is independently applicable to the anode and cathode current collectors.

穿孔された集電体又は他の方法で複数のアパーチャを備えた集電体の使用は、リチウムイオンセルでは未だ本格的に検討されてこなかった、というのも、そのような集電体を電気的に接触させることは、非常に困難であるからである。最初に述べたように、集電体の電気的接続は、しばしば、別個の導電体タブを介して行われる。しかしながら、工業大量生産プロセスにおいてこれらの導電体タブを穿孔された集電体に信頼性高く溶接することは、許容可能な誤り率無しでは実現困難である。 The use of perforated current collectors or otherwise multi-apertured current collectors has not yet been seriously explored in lithium-ion cells because such current collectors can be used in electrical applications. This is because it is very difficult to bring them into direct contact with each other. As mentioned earlier, electrical connections to current collectors are often made through separate conductive tabs. However, reliable welding of these conductor tabs to perforated current collectors in an industrial mass production process is difficult to achieve without an acceptable error rate.

本発明によれば、この問題は、前述のように、集電体の縁を接触板金属部材に溶接することによって解決される。本発明よる概念により、別個の導電体タブを完全に不要にすることが可能になり、従って、材料の含有量が少なく、アパーチャを備えた集電体の使用が可能になる。特に、集電体の自由縁ストリップがアパーチャを備えていない実施形態では、溶接を、極めて低い棄却率で信頼性高く実施することができる。 According to the invention, this problem is solved by welding the edge of the current collector to the contact plate metal member, as described above. The concept according to the invention makes it possible to completely dispense with separate conductor tabs, thus allowing the use of current collectors with low material content and apertures. Especially in embodiments in which the free edge strips of the current collector are not apertured, welding can be performed reliably with very low rejection rates.

集電体として非常に薄い金属箔が使用される場合、集電体の縁、特に集電体の長手方向の縁は、機械的に非常に敏感であることがあり、接触板金属部材との溶接中に、意図せず大きく押し下げられるか又は融解することがある。更に、電極-セパレータアセンブリのセパレータの融解が、接触板金属部材の溶接中に発生することがある。上述した支持層は、この影響を打ち消す方向にはたらく。 When a very thin metal foil is used as the current collector, the edges of the current collector, especially the longitudinal edges of the current collector, can be very mechanically sensitive and can interfere with contact plate metal members. Unintentionally large depressions or melting may occur during welding. Furthermore, melting of the separator of the electrode-separator assembly can occur during welding of the contact plate metal members. The support layer described above works to counteract this effect.

溶接によって接触板金属部材に接続された集電体の好ましくはストリップ状の主領域が複数のアパーチャを有する、上述した実施形態は全て、請求項1の特徴kから完全に独立して実現されることもあることは、強調されるべきである。従って、本発明は、請求項1の特徴a~jを有するセルも含み、このセルでは、溶接によって接触板金属部材に接続された集電体のストリップ状の主領域は複数のアパーチャを有するが、アノードは、必ずしも、活物質としてケイ素、アルミニウム、スズ、及び/又はアンチモンを20重量%~90重量%の割合で含むとは限らない。 All the embodiments described above, in which the preferably strip-shaped main region of the current collector connected to the contact plate metal member by welding has a plurality of apertures, are realized completely independently of feature k of claim 1 It should be emphasized that The invention therefore also includes a cell having the features a to j of claim 1, in which the strip-like main region of the current collector connected to the contact plate metal member by welding has a plurality of apertures. , the anode does not necessarily contain 20% to 90% by weight of silicon, aluminum, tin and/or antimony as active material.

集電体の縁を接触板金属部材と溶接するという概念は、国際公開第2017/215900A1号パンフレット又は特開2004-119330号明細書から既に既知である。接触板金属部材を使用すると、通電容量を特に大きくし、内部抵抗を小さくすることが可能になる。従って、接触板金属部材を集電体の縁に電気的に接続する方法に関しては、国際公開第2017/215900A1号パンフレット及び特開2004-119330号明細書の内容を全面的に参照する。
本発明で使用するのに好ましい接触板金属部材は、接触プレートとも呼ばれることがある。好ましい実施形態では、接触板金属部材はプレート状である。
The concept of welding the edge of the current collector with the contact plate metal member is already known from WO 2017/215900 A1 or JP 2004-119330. The use of the contact plate metal member makes it possible to particularly increase the current-carrying capacity and reduce the internal resistance. Therefore, with regard to the method of electrically connecting the contact plate metal member to the edge of the current collector, full reference is made to the contents of WO2017/215900A1 and JP2004-119330A.
Preferred contact plate metal members for use in the present invention are sometimes referred to as contact plates. In a preferred embodiment, the contact plate metal member is plate-shaped.

幾つかの好ましい実施形態では、本発明によるセルは、この直後に示す特徴a及びbのうちの少なくとも1つを有する:
a.接触板金属部材として、特に接触プレートとして、50μm~600μm、好ましくは150~350μmの範囲内の厚さを有する金属プレートが使用される。
b.接触板金属部材、特に接触プレートは、合金の又は非合金のアルミニウム、チタン、ニッケル、又は銅からなるが、必要に応じて、ステンレス鋼(例えば、タイプ1.4303又は1.4304の)か又はニッケルめっきされた鋼からもなる。
In some preferred embodiments, the cell according to the invention has at least one of the features a and b indicated immediately below:
a. As contact plate metal elements, in particular as contact plates, metal plates are used having a thickness in the range from 50 μm to 600 μm, preferably from 150 to 350 μm.
b. The contact plate metal member, in particular the contact plate, consists of alloyed or unalloyed aluminium, titanium, nickel or copper, optionally stainless steel (e.g. of type 1.4303 or 1.4304) or It also consists of nickel-plated steel.

先に示した厚さは、接触板金属部材がハウジングの一部である場合と、接触板金属部材がハウジングの一部としてははたらかない場合の両方において、好ましい。 The thicknesses indicated above are preferred both when the contact plate metal member is part of the housing and when the contact plate metal member does not serve as part of the housing.

特に、接触板金属部材、特に接触プレートがハウジングの一部としてはたらかない実施形態では、接触板金属部材は、少なくとも1つのスロット及び/又は少なくとも1つの穿孔を有することがある。それらには、溶接継手の生成中に、板金部品、特にプレートの変形の影響を打ち消す方向にはたらく機能がある。 In particular, in embodiments in which the contact plate metal member, particularly the contact plate, does not serve as part of the housing, the contact plate metal member may have at least one slot and/or at least one perforation. They have the function of counteracting the effects of deformation of sheet metal parts, especially plates, during the production of welded joints.

特に、接触板金属部材、特に接触プレートがハウジングの一部としてはたらく実施形態では、スロット及び穿孔は省かれることが好ましい。しかしながら、そのような接触板金属部材、特にそのような接触プレートは、アパーチャ、特に中央領域の穴を有することがある。 Especially in embodiments where the contact plate metal member, especially the contact plate, serves as part of the housing, slots and perforations are preferably omitted. However, such contact plate metal members, particularly such contact plates, may have apertures, particularly holes in the central region.

ハウジングが円筒形である場合、ディスクの形状、特に円形の又は少なくとも概ね円形のディスクの形状をした接触板金属部材、特に接触プレートが使用されることが好ましい。このとき、それらは、外側が円形の又は少なくとも概ね円形のディスク縁を有する。この文脈では、概ね円形のディスクとは、特に、少なくとも1つのカットオフ円形セグメント、好ましくは2つ~4つのカットオフ円形セグメントを備える円の形状をしたディスクとして、理解されるべきである。
ハウジングが円筒形である場合、矩形の基本形状をした接触板金属部材、特に接触プレートが使用されることが好ましい。
If the housing is cylindrical, preferably a contact plate metal member, especially a contact plate, in the shape of a disc, in particular a circular or at least approximately circular disc, is used. They then have disc edges that are circular or at least approximately circular on the outside. In this context, a generally circular disc is to be understood in particular as a disc in the shape of a circle with at least one cut-off circular segment, preferably two to four cut-off circular segments.
If the housing is cylindrical, preferably a contact plate metal member, in particular a contact plate, of rectangular basic shape is used.

特に好ましい実施形態では、アノード集電体及びこれに溶接される接触プレート、特にこれに溶接される接触プレートは両方とも、同じ材料からなる。この材料は、銅、ニッケル、チタン、ニッケルめっきされた鋼、及びステンレス鋼を含む群から選択されることが特に好ましい。
更に特に好ましい実施形態では、カソード集電体及びこれに溶接される接触プレート、特にこれに溶接される接触プレートは両方とも、同じ材料からなる。この材料は、合金の又は非合金のアルミニウム、チタン、及びステンレス鋼(例えば、タイプ1.4404の)を含む群から選択されることが特に好ましい。
In a particularly preferred embodiment, both the anode current collector and the contact plate welded thereto, in particular the contact plate welded thereto, consist of the same material. It is particularly preferred that this material is selected from the group comprising copper, nickel, titanium, nickel plated steel and stainless steel.
In a further particularly preferred embodiment, both the cathode current collector and the contact plate welded thereto, in particular the contact plate welded thereto, consist of the same material. It is particularly preferred that this material is selected from the group comprising alloyed or unalloyed aluminium, titanium and stainless steel (eg of type 1.4404).

上述したように、本発明によるセルは接触板金属部材を有し、第1の縁のうちの1つ、特に第1の長手方向の縁のうちの1つが、好ましくは長手方向に、その接触板金属部材と直接的に接触する。これにより、線状の接触ゾーンがもたらされることがある。 As mentioned above, the cell according to the invention has a contact plate metal member, one of the first edges, in particular one of the first longitudinal edges, preferably longitudinally extending its contacts. Direct contact with sheet metal members. This may result in linear contact zones.

実現可能な好ましい発展形態では、本発明によるセルは、この直後に示す特徴a~cのうちの少なくとも1つを有する:
a.アノード集電体の第1の縁、特にアノード集電体の第1の長手方向の縁は、好ましくは長手方向に接触板金属部材と直接的に接触しており、溶接によってこの接触板金属部材に接続され、この場合、線状の接触ゾーンが、縁又は長手方向の縁と接触板金属部材との間に存在する。
b.カソード集電体の第1の縁、特にカソード集電体の第1の長手方向の縁は、好ましくは長手方向に接触板金属部材と直接的に接触しており、溶接によってこの接触板金属部材に接続され、この場合、線状の接触ゾーンが、縁又は長手方向の縁と接触板金属部材との間に存在する。
c.アノード集電体の第1の縁若しくは長手方向の縁、及び/又はカソード集電体の第1の縁若しくは長手方向の縁は、1つ又は複数のセクションを含み、そのそれぞれは、溶接継ぎ目によって、その全長に沿ってそれぞれの接触板金属部材に連続的に接続される。
In a preferred realizable development, the cell according to the invention has at least one of the features ac indicated immediately below:
a. A first edge of the anode current collector, in particular a first longitudinal edge of the anode current collector, is preferably in direct longitudinal contact with the contact plate metal member and is welded to the contact plate metal member. , where a linear contact zone exists between the edge or longitudinal edge and the contact plate metal member.
b. A first edge of the cathode current collector, in particular a first longitudinal edge of the cathode current collector, is preferably in direct longitudinal contact with the contact plate metal member and welded to the contact plate metal member. , where a linear contact zone exists between the edge or longitudinal edge and the contact plate metal member.
c. A first edge or longitudinal edge of the anode current collector and/or a first edge or longitudinal edge of the cathode current collector includes one or more sections, each of which is separated by a welded seam. , is continuously connected to the respective contact plate metal member along its entire length.

この直前に示した特徴a及びbは、両方とも互いに独立して実施することも、組み合わせて実施することもできる。しかしながら、特徴a及びbは、どちらの場合でも、このすぐ前に示した特徴cと組み合わせて実施することが好ましい。 The immediately preceding features a and b can both be implemented independently of each other or in combination. However, features a and b are preferably implemented in both cases in combination with feature c shown immediately above.

接触板金属部材を介して、集電体、ひいては関連する電極もその全長に渡って電気的に接触させることが可能になる。これにより、本発明によるセル内の内部抵抗が大幅に低減される。従って、上述した構成は、大電流の発生をよく吸収することができる。内部抵抗が最小限に抑えられると、大電流での熱損失が低減される。更に、電極-セパレータアセンブリからの熱エネルギーの放散にとって有利になる。 The contact plate metal member allows electrical contact to be made over the entire length of the current collector and thus also the associated electrode. This greatly reduces the internal resistance in the cell according to the invention. Therefore, the configuration described above can absorb the generation of large currents well. Minimizing internal resistance reduces heat loss at high currents. Furthermore, it is advantageous for the dissipation of thermal energy from the electrode-separator assembly.

接触板金属部材を縁、特に長手方向の縁に接続することができる方法は、幾つかある。 There are several ways in which the contact plate metal members can be connected to the edges, especially the longitudinal edges.

接触板金属部材は、少なくとも1つの溶接継ぎ目によって、線状の接触ゾーンに沿って縁又は長手方向の縁に接合されることがある。従って、縁又は長手方向の縁は、1つ又は複数のセクションを含み、そのそれぞれは、溶接継ぎ目によって、その全長に渡って、接触板金属部材又は複数の接触板金属部材に連続的に接続される。それらのセクションの最小長さは、5mm、好ましくは10mm、特に好ましくは20mmであることが特に好ましい。 The contact plate metal members may be joined to the edges or longitudinal edges along linear contact zones by at least one welded seam. The edge or longitudinal edge thus comprises one or more sections, each of which is continuously connected over its entire length to the contact plate metal member or contact plate metal members by a welded seam. be. It is particularly preferred that the sections have a minimum length of 5 mm, preferably 10 mm and particularly preferably 20 mm.

実現可能な更なる発展形態の1つでは、全長に渡って接触板金属部材に連続的に接続された1つ又は複数のセクションは、それぞれの縁又は長手方向の縁の全長の少なくとも25%、好ましくは少なくとも50%、特に好ましくは少なくとも75%に渡って延在する。
幾つかの好ましい実施形態では、縁又は長手方向の縁は、全長に沿って、接触板金属部材に連続的に溶接される。
更なる実現可能な実施形態では、接触板金属部材は、複数の溶接スポットを介してそれぞれの縁又は長手方向の縁に接続される。
In one possible further development, the section or sections which are continuously connected to the contact plate metal member over their entire length are at least 25% of the total length of the respective edge or longitudinal edge, It preferably extends over at least 50%, particularly preferably over at least 75%.
In some preferred embodiments, the edge or longitudinal edge is continuously welded to the contact plate metal member along its entire length.
In a further possible embodiment, the contact plate metal members are connected to respective edges or longitudinal edges via a plurality of welding spots.

電極-セパレータアセンブリが渦巻き状の巻き体の形態をしている場合、巻き体の末端面から突き出ているアノード集電体及びカソード集電体の長手方向の縁も、一般的に、渦巻き状の幾何形状をしている。このとき、同じことが、線状の接触ゾーンであって、これに沿って接触板金属部材がそれぞれの長手方向の縁に溶接される線状の接触ゾーンにも当てはまる。 When the electrode-separator assembly is in the form of a spiral winding, the longitudinal edges of the anode and cathode current collectors projecting from the end faces of the winding are also generally spiral. has a geometric shape. The same then applies to linear contact zones along which contact plate metal members are welded to their respective longitudinal edges.

電極-セパレータアセンブリが、2つ以上の同一の電極-セパレータアセンブリのスタックの一部である場合、スタックの末端ページから突き出ているアノード集電体及びカソード集電体の縁は、直線状の幾何形状をしている場合が多い。このとき、同じことが、線状の接触ゾーンであって、これに沿って接触板金属部材がそれぞれの縁に溶接される線状の接触ゾーンにも当てはまる。 When the electrode-separator assembly is part of a stack of two or more identical electrode-separator assemblies, the edges of the anode and cathode current collectors projecting from the end pages of the stack are of straight geometry. It often has a shape. The same then applies to linear contact zones along which contact plate metal members are welded to respective edges.

更に実現可能な好ましい更なる発展形態では、本発明によるセルは、この直後に示す特徴a~cのうちの少なくとも1つを有する:
a.セパレータは、5μm~50μmの範囲内、好ましくは7μm~12μmの範囲内の厚さを有し、第1及び第2の長手方向の縁並びに2つの端部を有する、リボン状のプラスチック基材であることが好ましい。
b.セパレータの縁、特にセパレータの長手方向の縁は、電極-セパレータアセンブリの末端側面又は端面を形成する。
c.巻き体の末端面又はスタックの側面から突き出ているアノード集電体及び/又はカソード集電体の長手方向の縁又はマージンは、5000μmを超えない、好ましくは3500μmを超えない。
直前に示した特徴a~cは、互いに組み合わせて実現されることが特に好ましい。
In a preferred further development which is also feasible, the cell according to the invention has at least one of the features ac indicated immediately below:
a. The separator is a ribbon-shaped plastic substrate having a thickness in the range of 5 μm to 50 μm, preferably in the range of 7 μm to 12 μm, and having first and second longitudinal edges and two ends. Preferably.
b. The edges of the separator, particularly the longitudinal edges of the separator, form the terminal sides or end faces of the electrode-separator assembly.
c. The longitudinal edges or margins of the anode current collector and/or cathode current collector protruding from the end face of the winding or the side of the stack do not exceed 5000 μm, preferably 3500 μm.
The immediately preceding features ac are particularly preferably realized in combination with one another.

アノード集電体の縁又は長手方向の縁は、スタックのページ又は巻き体の端面から2500μm以下、特に好ましくは1500μm以下だけ突き出ていることが、特に好ましい。カソード集電体の縁又は長手方向の縁は、スタックのページ又は巻き体の端面から3500μm以下、特に好ましくは2500μm以下だけ突き出ていることが、特に好ましい。 It is particularly preferred that the edge or longitudinal edge of the anode current collector protrudes from the end face of the page or roll of the stack by no more than 2500 μm, particularly preferably no more than 1500 μm. It is particularly preferred that the edges or longitudinal edges of the cathode current collector protrude from the end faces of the pages or rolls of the stack by no more than 3500 μm, particularly preferably no more than 2500 μm.

アノード集電体及び/又はカソード集電体の突出量の数値は、ページ又は端面が接触板金属部材と接触するようにされる前の、自由突出量を指している。1つ又は複数の接触板金属部材を溶接すると、集電体の縁に変形が生じることがある。 The anode current collector and/or cathode current collector protrusion numbers refer to the free protrusion before the page or edge is brought into contact with the contact plate metal member. Welding one or more contact plate metal members can cause deformations in the edges of the current collector.

より小さな自由突出量が選択されると、電極材料で覆われる集電体の好ましくはストリップ状の主領域をより広く形成することができる。これにより、本発明によるセルのエネルギー密度にプラスに貢献することができる。 If a smaller amount of free projection is chosen, a wider, preferably strip-shaped, main area of the current collector covered with the electrode material can be formed. This can make a positive contribution to the energy density of the cell according to the invention.

本発明によるリチウムイオンセルはボタンセルであり得る。ボタンセルは、形状が円筒形であり、高さが直径よりも小さい。高さは、4mm~15mmの範囲内であることが好ましい。ボタンセルは、直径が5mm~25mmの範囲内であることが更に好ましい。ボタンセルは、例えば、時計、補聴器、及び無線ヘッドフォンなどの小型の電子機器に電気エネルギーを供給するのに適している。 A lithium ion cell according to the invention may be a button cell. A button cell is cylindrical in shape with a height less than a diameter. The height is preferably in the range of 4mm to 15mm. More preferably, the button cell has a diameter in the range of 5 mm to 25 mm. Button cells are suitable, for example, for supplying electrical energy to small electronic devices such as watches, hearing aids, and wireless headphones.

本発明によるボタンセルの形態をしたリチウムイオンセルの公称容量は、一般的に、最大で1500mAhまでである。公称容量は、100mAh~1000mAhの範囲内であることが好ましく、100~800mAhの範囲内であることが特に好ましい。 Lithium-ion cells in the form of button cells according to the invention generally have a nominal capacity of up to 1500 mAh. The nominal capacity is preferably in the range of 100mAh to 1000mAh, particularly preferably in the range of 100 to 800mAh.

本発明によるリチウムイオンセルは円筒形の丸いセルであることが特に好ましい。円筒形の丸いセルは、高さが、直径よりも大きい。円筒形の丸いセルは、自動車分野の用途、電動自転車、又はエネルギー要件が高い他の用途に特に適している。 It is particularly preferred that the lithium-ion cell according to the invention is a cylindrical round cell. Cylindrical round cells are greater in height than in diameter. Cylindrical round cells are particularly suitable for applications in the automotive field, e-bikes or other applications with high energy requirements.

丸いセルとして設計されたリチウムイオンセルの高さは、15mm~150mmの範囲内であることが好ましい。円筒形の丸いセルの直径は、10mm~60mmの範囲内であることが好ましい。これらの範囲内では、例えば、18×65(直径*高さ、mm単位)又は21×70(直径*高さ、mm単位)のフォームファクタが特に好ましい。これらのフォームファクタを持つ円筒形の丸いセルは、自動車内の電気駆動に電力を供給するのに特に適している。 The height of lithium-ion cells designed as round cells is preferably in the range of 15 mm to 150 mm. The diameter of the cylindrical round cells is preferably in the range 10 mm to 60 mm. Within these ranges, for example, a form factor of 18×65 (diameter*height in mm) or 21×70 (diameter*height in mm) is particularly preferred. Cylindrical round cells with these form factors are particularly suitable for powering electric drives in automobiles.

円筒形の丸いセルとして設計された、本発明によるリチウムイオンセルの公称容量は、最大で90000mAhまでであることが好ましい。21×70というフォームファクタの場合、リチウムイオンセルとしての一実施形態でのセルは、好ましくは1500mAh~7000mAhの範囲内の、特に好ましくは3000~5500mAhの範囲内の、公称容量を有する。18×65というフォームファクタの場合、リチウムイオンセルとしての一実施形態でのセルは、好ましくは1000mAh~5000mAhの範囲内の、特に好ましくは2000~4000mAhの範囲内の、公称容量を有する。 The nominal capacity of the lithium-ion cell according to the invention, designed as a cylindrical round cell, is preferably up to 90000mAh. For the 21×70 form factor, the cell in one embodiment as a lithium-ion cell has a nominal capacity preferably in the range 1500 mAh to 7000 mAh, particularly preferably in the range 3000 to 5500 mAh. For the 18×65 form factor, the cell in one embodiment as a lithium-ion cell has a nominal capacity, preferably in the range 1000 mAh to 5000 mAh, particularly preferably in the range 2000 to 4000 mAh.

欧州連合では、製造業者が二次電池の公称容量に関する情報を提供することについて、厳しい規制がある。例えば、二次ニッケル-カドミウム電池の公称容量に関する情報は、IEC/EN61951-1及びIEC/EN60622規格に従った測定値に基づかなくてはならず、二次ニッケル・水素電池(secondary nickel-metal hydride batteries)の公称容量に関する情報は、IEC/EN61951-2規格に従った測定値に基づかなくてならず、二次リチウム電池の公称容量に関する情報は、IEC/EN61960規格に従った測定値に基づかなくてならず、二次鉛-酸蓄電池の公称容量に関する情報は、IEC/EN61056-1規格に従った測定値に基づかなくてならない。本出願における公称容量に関する情報も、これらの規格に基づくことが好ましい。 In the European Union, there are strict regulations on manufacturers providing information on the nominal capacity of secondary batteries. For example, information on the nominal capacity of secondary nickel-cadmium batteries shall be based on measurements according to the IEC/EN61951-1 and IEC/EN60622 standards and shall be based on secondary nickel-metal hydride batteries. batteries) shall be based on measurements according to the IEC/EN61951-2 standard, information on the nominal capacity of secondary lithium batteries shall be based on measurements according to the IEC/EN61960 standard. Information on the nominal capacity of secondary lead-acid batteries must be based on measurements according to the IEC/EN61056-1 standard. Information regarding nominal capacities in this application is also preferably based on these standards.

アノード集電体、カソード集電体、及びセパレータは、本発明によるセルが円筒形の丸いセルである実施形態においては、リボン状であることが好ましく、以下の寸法を有することが好ましい:
-0.5m~25mの範囲内の長さ
-30mm~145mmの範囲内の幅
これらの場合では、電極材料が装備されていない第1の長手方向の縁に沿って延びる自由縁ストリップは、5000μm以下の幅を有することが好ましい。
フォームファクタが18×65である円筒形の丸いセルの場合、集電体は、
-56mm~62mm、好ましくは60mmの幅
-1.5m以下の長さ、を有することが好ましい。
フォームファクタが21×70である円筒形の丸いセルの場合、集電体は、
-56mm~68mm、好ましくは65mmの幅
-2.5m以下の長さ、を有することが好ましい。
The anode current collector, cathode current collector, and separator are preferably ribbon-like in embodiments in which the cell according to the invention is a cylindrical round cell, and preferably have the following dimensions:
- Length in the range from 0.5 m to 25 m - Width in the range from 30 mm to 145 mm In these cases, the free edge strip extending along the first longitudinal edge not equipped with electrode material is 5000 μm. It is preferable to have the following widths.
For a cylindrical round cell with a form factor of 18×65, the current collector is
It preferably has a width of -56 mm to 62 mm, preferably 60 mm - a length of 1.5 m or less.
For a cylindrical round cell with a form factor of 21×70, the current collector is
It preferably has a width of -56 mm to 68 mm, preferably 65 mm - a length of 2.5 m or less.

リチウムイオンセルの機能は、アノードとカソードとの間又は負極と正極との間の移動によって引き出される電流のバランスを取るのに十分な可動のリチウムイオン(可動のリチウム)の利用可能性に基づいている。本出願の文脈での可動リチウムとは、リチウムが、リチウムイオンセルの充放電プロセスの過程で電極での貯蔵プロセス及び取り出しプロセスに利用可能であるか、又はこの目的のためにリチウムを活性化することができることを表すことを、理解されたい。リチウムイオンセルの充放電プロセスの過程で、時間の経過と共に可動リチウムの損失が生じる。これらの損失は、一般的には回避できない様々な副反応の結果として生じる。可動リチウムの損失は、既にリチウムイオンセルの最初の充放電サイクル中に発生している。この最初の充放電サイクル中に、一般的に負極上の電気化学的に活性な構成要素の表面上に上部層が形成される。この上部層は、固体電解質相間界面(SEI)と呼ばれ、一般的に、主として電解質分解生成物と、この層においてしっかりと結合している特定量のリチウムと、からなる。 Lithium ion cell function is based on the availability of sufficient mobile lithium ions (mobile lithium) to balance the current drawn by migration between the anode and cathode or between the negative and positive electrodes. there is Mobile lithium in the context of the present application means that lithium is available for storage and extraction processes at the electrode during the charging and discharging process of a lithium ion cell or is activated for this purpose. It should be understood that it represents the ability to During the charging and discharging process of lithium-ion cells, loss of mobile lithium occurs over time. These losses generally result from a variety of unavoidable side reactions. A loss of mobile lithium already occurs during the first charge-discharge cycle of a lithium-ion cell. During this first charge-discharge cycle, a top layer typically forms on the surface of the electrochemically active components on the negative electrode. This top layer is called the solid electrolyte interphase interface (SEI) and generally consists primarily of electrolyte decomposition products and a certain amount of lithium that is tightly bound in this layer.

このプロセスに関連した可動リチウムの損失は、アノードがケイ素部分を有するセルでは、特に深刻である。これらの損失を補償するために、好ましい実施形態における本発明によるセルは、この直後に示す特徴a及びbのうちの少なくとも1つを有する:
a.セルは、動作中のセル内の可動リチウムの損失を補償するために使用することができる、正極及び/又は負極に含まれないリチウム又はリチウム含有材料の貯蔵庫を含む。
b.この貯蔵庫は、セルの電解質と接触している。
c.セルは、導電体を有し、必要に応じて、制御可能スイッチであって、これを介して、その貯蔵庫を正極又は負極に電気的に接続させることができる制御可能スイッチも有する。
直前に示した特徴a~cは、互いに組み合わせて実現されることが特に好ましい。
The loss of mobile lithium associated with this process is particularly severe in cells where the anode has a silicon portion. To compensate for these losses, the cell according to the invention in preferred embodiments has at least one of the features a and b indicated immediately below:
a. The cell includes a reservoir of lithium or lithium-containing material not included in the positive and/or negative electrodes that can be used to compensate for the loss of mobile lithium within the cell during operation.
b. This reservoir is in contact with the electrolyte of the cell.
c. The cell has an electrical conductor and optionally also a controllable switch through which the reservoir can be electrically connected to the positive or negative pole.
The immediately preceding features ac are particularly preferably realized in combination with one another.

貯蔵庫は、本発明によるセルのハウジング内に配置され、導電体は、例えば適切なポールブッシングを介してハウジングから、特にハウジングの外部から引き出すことができる電気接点に至るまで、導かれることが特に好ましい。 It is particularly preferred that the reservoir is arranged in the housing of the cell according to the invention and the electrical conductors are led from the housing, for example via suitable pole bushings, to electrical contacts that can be brought out from the outside of the housing. .

電気的に接触可能なリチウム貯蔵庫により、必要に応じてリチウムをセルの電極に供給すること、又は、余分なリチウムを電極から放出してリチウムめっきを防止することが可能になる。この目的のために、リチウム貯蔵庫を、導電体を介して、リチウムイオンセルの負極又は正極に対して接続させることができる。余分なリチウムは、必要に応じてリチウム貯蔵庫に供給され、そこで蓄えられることがある。これらの用途の場合、セル内のアノード及びカソードの個別の電位を別個に監視すること、及び/又はDVA(差分電圧分析)などの電気化学的分析を介してセルバランスを外部監視すること、を可能にする手段が提供されることがある。 An electrically contactable lithium reservoir allows lithium to be supplied to the cell's electrodes as needed, or excess lithium to be released from the electrodes to prevent lithium plating. For this purpose, the lithium reservoir can be connected via an electrical conductor to the negative or positive electrode of the lithium ion cell. Excess lithium may be supplied to a lithium reservoir and stored there as needed. For these applications, separate monitoring of the anode and cathode potentials within the cell and/or external monitoring of cell balance via electrochemical analysis such as DVA (differential voltage analysis) is recommended. Means to enable may be provided.

導電体及び関連するリチウム貯蔵庫は、正極及び負極から、及び電気的に結合されているセルの構成要素から、電気的に絶縁されていなければならない。 The conductors and associated lithium reservoirs must be electrically isolated from the positive and negative electrodes and from the cell components to which they are electrically coupled.

リチウム貯蔵庫のリチウム又はリチウム含有材料とは、例えば、金属リチウム、リチウム金属酸化物、リチウム金属リン酸塩、又は当業者にはよく知られている他の材料であり得る。 The lithium or lithium-containing material of the lithium reservoir can be, for example, lithium metal, lithium metal oxide, lithium metal phosphate, or other materials well known to those skilled in the art.

本発明の更なる特徴及び本発明から得られる利点について、図面及び図面の以下の説明において示す。以下で説明する実施形態は、単に、本発明について説明し、より深い理解をもたらすためのものであり、決して、限定するものとして理解されるべきではない。 Further features of the invention and advantages derived from it are shown in the drawings and the following description of the drawings. The embodiments described below are merely to illustrate and provide a better understanding of the invention and should not be taken as limiting in any way.

図面では、以下が概略的に示されている。
本発明による実施形態における、集電体の上面図である。 図1に示した集電体の断面図である。 巻き体の形態をした電極-セパレータアセンブリへと加工することができるアノードの上面図である。 図3に示したアノードの断面図である。 図3に示したアノードを使用して製造された電極-セパレータアセンブリの上面図である。 図5に示した電極-セパレータアセンブリの断面図である。 円筒形の丸いセルの形態をした、本発明によるセルの一実施形態の断面図である。 円筒形の丸いセルの形態をした、本発明によるセルの更なる実施形態の断面図である。 円筒形の丸いセルの形態をした、本発明によるセルの更なる実施形態の断面図である。 円筒形の丸いセルの形態をした、本発明によるセルの更なる実施形態の断面図である。 円筒形の丸いセルの形態をした。本発明によるセルの更なる実施形態の断面図である。
In the drawing the following are shown schematically.
FIG. 4A is a top view of a current collector in an embodiment according to the present invention; FIG. 2 is a cross-sectional view of the current collector shown in FIG. 1; FIG. 4A is a top view of an anode that can be processed into an electrode-separator assembly in the form of a roll. Figure 4 is a cross-sectional view of the anode shown in Figure 3; 4 is a top view of an electrode-separator assembly manufactured using the anode shown in FIG. 3; FIG. Figure 6 is a cross-sectional view of the electrode-separator assembly shown in Figure 5; 1 is a cross-sectional view of one embodiment of a cell according to the invention in the form of a cylindrical round cell; FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of a further embodiment of a cell according to the invention in the form of a cylindrical round cell; FIG. 4 is a cross-sectional view of a further embodiment of a cell according to the invention in the form of a cylindrical round cell; FIG. 4 is a cross-sectional view of a further embodiment of a cell according to the invention in the form of a cylindrical round cell; It had the form of a cylindrical round cell. Fig. 4 is a cross-sectional view of a further embodiment of a cell according to the invention;

図1及び図2は、本発明によるセルにおいて使用することができる集電体110の設計を示す。図2は、Sに沿った断面図である。集電体110は、矩形の穴である複数のアパーチャ111を含む。領域110aは、アパーチャ111を特徴とするが、長手方向の縁110eに沿った領域110bにはアパーチャは見られない。従って、集電体110は、領域110aでは領域110bよりも単位面積当たりの重量が著しく小さい。 1 and 2 show current collector 110 designs that can be used in cells according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view along S1 . Current collector 110 includes a plurality of apertures 111 that are rectangular holes. Region 110a features an aperture 111, while no aperture is found in region 110b along longitudinal edge 110e. Thus, current collector 110 has a significantly lower weight per unit area in region 110a than in region 110b.

図3及び図4は、図2及び図3に示す集電体110の両側に負極材料123を適用することによって製造されたアノード120を示す。図5は、Sに沿った断面図である。ここで、集電体110は、負極材料123の層が装備されたストリップ状の主領域122と、電極材料123が装備されていない長手方向の縁110eに沿って延びる自由縁ストリップ121と、を有する。更に、電極材料123はアパーチャ111も充填する。 FIGS. 3 and 4 show an anode 120 made by applying negative electrode material 123 to both sides of current collector 110 shown in FIGS. FIG. 5 is a cross-sectional view along S2 . Here, the current collector 110 comprises a strip-like main region 122 provided with a layer of negative electrode material 123 and a free edge strip 121 extending along the longitudinal edge 110e not provided with electrode material 123. have. In addition, electrode material 123 also fills aperture 111 .

図5及び図6は、図4及び図5に示すアノード120を使用して製造された電極-セパレータアセンブリ104を示す。更に、これは、カソード115並びにセパレータ118及び119を含む。図6は、Sに沿った断面図である。カソード115は、アノード120と同じ集電体設計に基づいている。アノード120及びカソード130の集電体110及び115は、それぞれの材料の選択だけが異なることが好ましい。例えば、カソード130の集電体115は、正極材料125の層が装備されたストリップ状の主領域116と、電極材料125が装備されていない長手方向の縁115eに沿って延びる自由縁ストリップ117と、を備える。渦巻き状に巻くことにより、電極-セパレータアセンブリ104は、本発明のセル内に含まれることがあるような巻き体に変換されることがある。
幾つかの好ましい実施形態では、自由縁ストリップ117及び121は、両側及び少なくとも幾つかの領域において、上述した支持材料のうちの1つでコーティングされる。
FIGS. 5 and 6 show an electrode-separator assembly 104 made using the anode 120 shown in FIGS. Further, it includes cathode 115 and separators 118 and 119 . FIG. 6 is a cross-sectional view along S3 . Cathode 115 is based on the same current collector design as anode 120 . The current collectors 110 and 115 of the anode 120 and cathode 130 preferably differ only in their respective material selections. For example, the current collector 115 of the cathode 130 has a strip-like main region 116 equipped with a layer of positive electrode material 125 and a free edge strip 117 extending along a longitudinal edge 115 e not equipped with electrode material 125 . , provided. Coiling may transform the electrode-separator assembly 104 into a coil such as may be contained within the cell of the present invention.
In some preferred embodiments, free edge strips 117 and 121 are coated on both sides and at least in some areas with one of the support materials described above.

図7は、第1のハウジング部品101及び第2のハウジング部品102を含むハウジングを有するセル100を示す。ハウジング内に封入されているのは、電極-セパレータアセンブリ104である。ハウジングは形状が概ね円筒形であり、ハウジング部品101は、円形の底部101a、中空の円筒形シェル101b、及び底部101aの反対側の円形の開口部、を有する。ハウジング部品102は、円形の開口部を閉じるようにはたらき、円形の蓋として形成される。電極-セパレータアセンブリ104は、2つの末端面を有する円筒形の巻き体の形態をしている。 FIG. 7 shows a cell 100 with a housing comprising first housing part 101 and second housing part 102 . Enclosed within the housing is an electrode-separator assembly 104 . The housing is generally cylindrical in shape, with housing component 101 having a circular bottom 101a, a hollow cylindrical shell 101b, and a circular opening opposite bottom 101a. Housing part 102 serves to close the circular opening and is formed as a circular lid. Electrode-separator assembly 104 is in the form of a cylindrical roll having two end faces.

角柱形のハウジングの場合、セルを通る断面は、全く同じに見える。この場合には、ハウジング部品101は、矩形の底部101a、矩形の側壁101b及び矩形の断面、並びに矩形の開口部を有し、ハウジング部品102は、矩形の開口部を閉じるための矩形の蓋として形成される。そして、この場合の参照番号104は、円筒形の電極-セパレータアセンブリを示すのではなく、複数の同一の電極-セパレータアセンブリのスタック又は角柱形の巻き体を示す。 For a prismatic housing, the cross section through the cell looks exactly the same. In this case, housing part 101 has a rectangular bottom 101a, rectangular side walls 101b and a rectangular cross-section, and a rectangular opening, and housing part 102 serves as a rectangular lid for closing the rectangular opening. It is formed. And reference number 104 in this case does not denote a cylindrical electrode-separator assembly, but rather a stack or prismatic roll of a plurality of identical electrode-separator assemblies.

アノード集電体110の自由縁ストリップ121は、電極-セパレータアセンブリ104の一方の端面から突き出ており、カソード集電体115の自由縁ストリップ117は、他方の端面から突き出ている。アノード集電体110の縁110eは、全長に渡ってハウジング部品101の底部101aと直接的に接触し、少なくとも幾つかの部分に渡って、好ましくは全長に渡って、溶接によって底部101aに接続される。カソード集電体115の縁115eは、全長に渡って、プレート状の接触板金属部材105と直接的に接触し、少なくとも幾つかの部分に渡って、好ましくは全長に渡って、溶接によって接触板金属部材105に接続される。 Free edge strip 121 of anode current collector 110 protrudes from one end face of electrode-separator assembly 104 and free edge strip 117 of cathode current collector 115 protrudes from the other end face. The edge 110e of the anode current collector 110 is in direct contact with the bottom portion 101a of the housing part 101 over its entire length and is connected to the bottom portion 101a over at least some portions, preferably over its entire length, by welding. be. The edge 115e of the cathode current collector 115 is in direct contact with the plate-shaped contact plate metal member 105 over its entire length, and over at least some portions, preferably over its entire length, is welded to the contact plate. It is connected to the metal member 105 .

次いで、接触板金属部材105は、導電体107を介してハウジング部品102に電気的に接続される。
一方のページ上で導体107と接触板金属部材105との間に、他方のページ上で導体107とハウジング部品102との間に、それぞれ、溶接接続部があることが好ましい。
Contact plate metal member 105 is then electrically connected to housing component 102 via electrical conductor 107 .
There are preferably welded connections between the conductors 107 and the contact plate metal member 105 on one page and between the conductors 107 and the housing part 102 on the other page, respectively.

概観を改善するために、集電体110及び115を除いて、電極-セパレータアセンブリ104の他の構成要素(特に、セパレータ及び電極材料)は示されていない。
ハウジング部品101及び102は、シール103によって互いから電気的に絶縁されている。ハウジングは、例えばフランジ取付加工によって閉じられる。ハウジング部品101は負極を形成し、ハウジング部品102はセル100の正極を形成する。
Other than current collectors 110 and 115, other components of electrode-separator assembly 104 (particularly separators and electrode materials) are not shown for improved overview.
Housing parts 101 and 102 are electrically isolated from each other by seal 103 . The housing is closed, for example by a flange attachment process. Housing part 101 forms the negative electrode and housing part 102 forms the positive electrode of cell 100 .

図8は、第1のハウジング部品101及び第2のハウジング部品102を含むハウジングを有するセル100を示す。ハウジング内に封入されているのは、電極-セパレータアセンブリ104である。ハウジングは形状が概ね円筒形であり、ハウジング部品101は、円形の底部101a、中空の円筒形シェル101b、及び底部101aの反対側の円形の開口部、を有する。ハウジング部品102は、円形の開口部を閉じるようにはたらき、円形の蓋として形成される。電極-セパレータアセンブリ104は、2つの末端面を有する円筒形の巻き体の形態をしている。 FIG. 8 shows a cell 100 with a housing comprising first housing part 101 and second housing part 102 . Enclosed within the housing is an electrode-separator assembly 104 . The housing is generally cylindrical in shape, with housing component 101 having a circular bottom 101a, a hollow cylindrical shell 101b, and a circular opening opposite bottom 101a. Housing part 102 serves to close the circular opening and is formed as a circular lid. Electrode-separator assembly 104 is in the form of a cylindrical roll having two end faces.

角柱形のハウジングの場合、セルを通る断面は、全く同じに見える。この場合には、ハウジング部品101は、矩形の底部101a、矩形の側壁101b及び矩形の断面、並びに矩形の開口部を有し、ハウジング部品102は、矩形の開口部を閉じるための矩形の蓋として形成される。そして、この場合の参照番号104は、円筒形の電極-セパレータアセンブリを示すのではなく、複数の同一の電極-セパレータアセンブリのスタック又は角柱形の巻き体を示す。 For a prismatic housing, the cross section through the cell looks exactly the same. In this case, housing part 101 has a rectangular bottom 101a, rectangular side walls 101b and a rectangular cross-section, and a rectangular opening, and housing part 102 serves as a rectangular lid for closing the rectangular opening. It is formed. And reference number 104 in this case does not denote a cylindrical electrode-separator assembly, but rather a stack or prismatic roll of a plurality of identical electrode-separator assemblies.

アノード集電体110の自由縁ストリップ121は、電極-セパレータアセンブリ104の一方の端面から突き出ており、カソード集電体115の自由縁ストリップ117は、他方の端面から突き出ている。アノード集電体110の縁110eは、全長に渡ってハウジング部品101の底部101aと直接的に接触し、少なくとも幾つかの部分に渡って、好ましくは全長に渡って、溶接によって底部101aに接続される。カソード集電体115の縁115eは、全長に渡って、接触板金属部材105と直接的に接触し、少なくとも幾つかの部分に渡って、好ましくは全長に渡って、溶接によって接触板金属部材105に接続される。 Free edge strip 121 of anode current collector 110 protrudes from one end face of electrode-separator assembly 104 and free edge strip 117 of cathode current collector 115 protrudes from the other end face. The edge 110e of the anode current collector 110 is in direct contact with the bottom portion 101a of the housing part 101 over its entire length and is connected to the bottom portion 101a over at least some portions, preferably over its entire length, by welding. be. The edge 115e of the cathode current collector 115 is in direct contact with the contact plate metal member 105 over its entire length and is welded to the contact plate metal member 105 over at least some portions, preferably over its entire length. connected to

接触板金属部材105は、金属のポールスタッド108に直接的に接続され、好ましくは溶接される。これは、ハウジング部品102内のアパーチャを通ってハウジングから外に導かれ、電気絶縁体106によってハウジング部品102から絶縁される。ポールスタッド108及び電気絶縁体106は一緒にポールブッシングを形成する。 The contact plate metal member 105 is directly connected to the metal pole stud 108, preferably welded. It is led out of the housing through an aperture in housing part 102 and is insulated from housing part 102 by electrical insulator 106 . Pole stud 108 and electrical insulator 106 together form a pole bushing.

概観を改善するために、集電体110及び115を除いて、電極-セパレータアセンブリ104の他の構成要素(特に、セパレータ及び電極材料)はここには示されていない。 Other than current collectors 110 and 115, other components of electrode-separator assembly 104 (particularly separators and electrode materials) are not shown here for improved overview.

底部101aには穴109があり、これは、例えば電解質をハウジングに導入するのに使用することができ、例えばはんだ付け、溶接、又は接着によって閉じられる。或いは、同じ目的のために、ハウジング部品102に穴を設けることもできる。 The bottom part 101a has a hole 109, which can be used, for example, to introduce an electrolyte into the housing and is closed, for example by soldering, welding or gluing. Alternatively, holes can be provided in the housing part 102 for the same purpose.

ハウジング部品102は、ハウジング部品101の円形の開口部に溶接される。従って、ハウジング部品101及び102は同じ極性を有し、セル100の負極を形成する。ポールスタッド108は、セル100の正極を形成する。 Housing part 102 is welded to the circular opening of housing part 101 . Housing parts 101 and 102 therefore have the same polarity and form the negative electrode of cell 100 . Pole stud 108 forms the positive electrode of cell 100 .

図9は、第1のハウジング部品101及び第2のハウジング部品102を含むハウジングを有するセル100を示す。ハウジング内に封入されているのは、電極-セパレータアセンブリ104である。ハウジングは形状が概ね円筒形であり、ハウジング部品101は、円形の底部101a、中空の円筒形シェル101b、及び底部101aの反対側の円形の開口部、を有する。ハウジング部品102は、円形の開口部を閉じるようにはたらき、円形の蓋として形成される。電極-セパレータアセンブリ104は、2つの末端面を有する円筒形の巻き体の形態をしている。 FIG. 9 shows a cell 100 with a housing comprising first housing part 101 and second housing part 102 . Enclosed within the housing is an electrode-separator assembly 104 . The housing is generally cylindrical in shape, with housing component 101 having a circular bottom 101a, a hollow cylindrical shell 101b, and a circular opening opposite bottom 101a. Housing part 102 serves to close the circular opening and is formed as a circular lid. Electrode-separator assembly 104 is in the form of a cylindrical roll having two end faces.

角柱形のハウジングの場合、セルを通る断面は、全く同じに見える。この場合には、ハウジング部品101は、矩形の底部101a、矩形の側壁101b及び矩形の断面、並びに矩形の開口部を有し、ハウジング部品102は、矩形の開口部を閉じるための矩形の蓋として形成される。そして、この場合の参照番号104は、円筒形の電極-セパレータアセンブリを示すのではなく、複数の同一の電極-セパレータアセンブリのスタック又は角柱形の巻き体を示す。 For a prismatic housing, the cross section through the cell looks exactly the same. In this case, housing part 101 has a rectangular bottom 101a, rectangular side walls 101b and a rectangular cross-section, and a rectangular opening, and housing part 102 serves as a rectangular lid for closing the rectangular opening. It is formed. And reference number 104 in this case does not denote a cylindrical electrode-separator assembly, but rather a stack or prismatic roll of a plurality of identical electrode-separator assemblies.

アノード集電体110の自由縁ストリップ121は、電極-セパレータアセンブリ104の一方の端面から突き出ており、カソード集電体115の自由縁ストリップ117は、他方の端面から突き出ている。アノード集電体110の縁110eは、全長に渡ってハウジング部品101の底部101aと直接的に接触し、少なくとも幾つかの部分に渡って、好ましくは全長に渡って、溶接によって底部101aに接続される。カソード集電体115の縁115eは、全長に渡って、ハウジング部品102と直接的に接触し、少なくとも幾つかの部分に渡って、好ましくは全長に渡って、溶接によってハウジング部品102に接続される。 Free edge strip 121 of anode current collector 110 protrudes from one end face of electrode-separator assembly 104 and free edge strip 117 of cathode current collector 115 protrudes from the other end face. The edge 110e of the anode current collector 110 is in direct contact with the bottom portion 101a of the housing part 101 over its entire length and is connected to the bottom portion 101a over at least some portions, preferably over its entire length, by welding. be. The edge 115e of the cathode current collector 115 is in direct contact with the housing part 102 over its entire length and is connected to the housing part 102 by welding over at least some portions, preferably over its entire length. .

概観を改善するために、集電体110及び115を除いて、電極-セパレータアセンブリ104の他の構成要素(特に、セパレータ及び電極材料)はここには示されていない。 Other than current collectors 110 and 115, other components of electrode-separator assembly 104 (particularly separators and electrode materials) are not shown here for improved overview.

例えばはんだ付け、溶接、又は接着によって閉じられた穴109が、底部101aに見られ、この穴は、例えばハウジングに電解質を導入するためにはたらくことができる。同じ目的ではたらくことができる別の穴109が、ハウジング部品102に見られる。この穴は、例えば、ハウジング部品102に溶接することができる圧力安全弁141によって閉じられることが好ましい。 A hole 109, closed for example by soldering, welding or gluing, is found in the bottom part 101a, which hole can serve for example for introducing an electrolyte into the housing. Another hole 109 can be found in housing part 102 which can serve the same purpose. This hole is preferably closed by a pressure relief valve 141 which can be welded to the housing part 102, for example.

示したこれらの穴109は一般的に、両方が必要ではない。従って、多くの場合、図9に示したセル100は、2つの穴のうちの一方のみを有する。 Both of these holes 109 shown are generally not required. Therefore, in many cases the cell 100 shown in FIG. 9 has only one of the two holes.

ハウジング部品101及び102は、シール103によって互いから電気的に絶縁されている。ハウジングは、例えばフランジ取付加工によって閉じられる。ハウジング部品101は負極を形成し、ハウジング部品102はセル100の正極を形成する。 Housing parts 101 and 102 are electrically isolated from each other by seal 103 . The housing is closed, for example by a flange attachment process. Housing part 101 forms the negative electrode and housing part 102 forms the positive electrode of cell 100 .

図10は、第1のハウジング部品101及び第2のハウジング部品102及び第3のハウジング部品155を含むハウジングを有するセル100を示す。電極-セパレータアセンブリ104は、ハウジング内に封入される。ハウジングは全体的に円筒形の形状をしており、ハウジング部品101は、ここでは、2つの端面円形開口部を有する中空の円筒として形成される。ハウジング部品102及び155は、円形の開口部を閉じるようにはたらき、円形の蓋として形成される。電極-セパレータアセンブリ104は、2つの末端面を有する円筒形の巻き体の形態をしている。 FIG. 10 shows a cell 100 with a housing including first housing part 101 and second housing part 102 and third housing part 155 . The electrode-separator assembly 104 is enclosed within a housing. The housing has a generally cylindrical shape, the housing part 101 here being formed as a hollow cylinder with two circular end face openings. Housing parts 102 and 155 serve to close the circular opening and are formed as circular lids. Electrode-separator assembly 104 is in the form of a cylindrical roll having two end faces.

角柱形のハウジングの場合、セルを通る断面は、全く同じに見える。この場合には、ハウジング部品101は、矩形の断面及び2つの矩形の開口部を有し、ハウジング部品102及び155は、矩形の開口部を閉じるための矩形の蓋である。そして、この場合の参照番号104は、円筒形の形態をした電極-セパレータアセンブリを示すのではなく、幾つかの同一の電極-セパレータアセンブリのスタック又は角柱形の巻き体を示す。 For a prismatic housing, the cross section through the cell looks exactly the same. In this case housing part 101 has a rectangular cross-section and two rectangular openings, and housing parts 102 and 155 are rectangular lids for closing the rectangular openings. And reference number 104 in this case does not denote an electrode-separator assembly in cylindrical form, but a stack or prismatic roll of several identical electrode-separator assemblies.

アノード集電体110の自由縁ストリップ121は、電極-セパレータアセンブリ104の一方の端面から突き出ており、カソード集電体115の自由縁ストリップ117は、他方の端面から突き出ている。アノード集電体110の縁110eは、全長に渡って、ハウジング部品155と直接的に接触し、少なくとも幾つかの部分に渡って、好ましくは全長に渡って、溶接によってハウジング部品155に接続される。従って、ハウジング部品155は、本発明の意味する範囲内で、接触板金属部材又は接触プレートとしても機能する。カソード集電体115の縁115eは、全長に渡って、接触板金属部材105と直接的に接触し、少なくとも幾つかの部分に渡って、好ましくは全長に渡って、溶接によって接触板金属部材105に接続される。 Free edge strip 121 of anode current collector 110 protrudes from one end face of electrode-separator assembly 104 and free edge strip 117 of cathode current collector 115 protrudes from the other end face. Edge 110e of anode current collector 110 is in direct contact with housing part 155 over its entire length and is connected to housing part 155 by welding over at least some portions, preferably over its entire length. . The housing part 155 therefore also functions as a contact plate metal member or contact plate within the meaning of the invention. The edge 115e of the cathode current collector 115 is in direct contact with the contact plate metal member 105 over its entire length and is welded to the contact plate metal member 105 over at least some portions, preferably over its entire length. connected to

概観を改善するために、集電体110及び115を除いて、電極-セパレータアセンブリ104の他の構成要素(特に、セパレータ及び電極材料)はここには示されていない。 Other than current collectors 110 and 115, other components of electrode-separator assembly 104 (particularly separators and electrode materials) are not shown here for improved overview.

接触板金属部材105は、金属のポールスタッド108に直接的に接続され、好ましくは溶接される。これは、ハウジング部品102内のアパーチャを通ってハウジングから外に導かれ、電気絶縁体106によってハウジング部品102から絶縁される。ポールスタッド108及び電気絶縁体106は一緒にポールブッシングを形成する。 The contact plate metal member 105 is directly connected to the metal pole stud 108, preferably welded. It is led out of the housing through an aperture in housing part 102 and is insulated from housing part 102 by electrical insulator 106 . Pole stud 108 and electrical insulator 106 together form a pole bushing.

ハウジング部品102には穴109があり、これは、例えば電解質をハウジングに導入するのに使用することができ、例えばはんだ付け、溶接、又は接着によって閉じられる。或いは、同じ目的のために、ハウジング部品155に穴を設けることもできる。 The housing part 102 has a hole 109 which can be used, for example, to introduce an electrolyte into the housing and which is closed, for example by soldering, welding or gluing. Alternatively, holes can be provided in the housing part 155 for the same purpose.

ハウジング部品102及び155は、ハウジング部品101の円形の開口部に溶接される。従って、ハウジング部品101、102、及び155は同じ極性を有し、セル100の負極を形成する。ポールスタッド108は、セル100の正極を形成する。 Housing parts 102 and 155 are welded to the circular opening of housing part 101 . Accordingly, housing parts 101 , 102 and 155 have the same polarity and form the negative electrode of cell 100 . Pole stud 108 forms the positive electrode of cell 100 .

図11は、第1のハウジング部品101及び第2のハウジング部品102を含むハウジングを有するセル100を示す。ハウジング内に封入されているのは、電極-セパレータアセンブリ104である。ハウジングは形状が概ね円筒形であり、ハウジング部品101は、円形の底部101a、中空の円筒形シェル101b、及び底部101aの反対側の円形の開口部、を有する。ハウジング部品102は、円形の開口部を閉じるようにはたらき、円形の蓋として形成される。電極-セパレータアセンブリ104は、2つの末端面を有する円筒形の巻き体の形態をしている。 FIG. 11 shows a cell 100 with a housing comprising first housing part 101 and second housing part 102 . Enclosed within the housing is an electrode-separator assembly 104 . The housing is generally cylindrical in shape, with housing component 101 having a circular bottom 101a, a hollow cylindrical shell 101b, and a circular opening opposite bottom 101a. Housing part 102 serves to close the circular opening and is formed as a circular lid. Electrode-separator assembly 104 is in the form of a cylindrical roll having two end faces.

角柱形のハウジングの場合、セルを通る断面は、全く同じに見える。この場合には、ハウジング部品101は、矩形の底部101a、矩形の側壁101b及び矩形の断面、並びに矩形の開口部を有し、ハウジング部品102は、矩形の開口部を閉じるための矩形の蓋として形成される。そして、この場合の参照番号104は、円筒形の電極-セパレータアセンブリを示すのではなく、複数の同一の電極-セパレータアセンブリのスタック又は角柱形の巻き体を示す。 For a prismatic housing, the cross section through the cell looks exactly the same. In this case, housing part 101 has a rectangular bottom 101a, rectangular side walls 101b and a rectangular cross-section, and a rectangular opening, and housing part 102 serves as a rectangular lid for closing the rectangular opening. It is formed. And reference number 104 in this case does not denote a cylindrical electrode-separator assembly, but rather a stack or prismatic roll of a plurality of identical electrode-separator assemblies.

アノード集電体110の自由縁ストリップ121は、電極-セパレータアセンブリ104の一方の端面から突き出ており、カソード集電体115の自由縁ストリップ117は、他方の端面から突き出ている。アノード集電体110の縁110eは、全長に渡ってハウジング部品101の底部101aと直接的に接触し、少なくとも幾つかの部分に渡って、好ましくは全長に渡って、溶接によって底部101aに接続される。 Free edge strip 121 of anode current collector 110 protrudes from one end face of electrode-separator assembly 104 and free edge strip 117 of cathode current collector 115 protrudes from the other end face. The edge 110e of the anode current collector 110 is in direct contact with the bottom portion 101a of the housing part 101 over its entire length and is connected to the bottom portion 101a over at least some portions, preferably over its entire length, by welding. be.

カソード集電体115の縁115eは、全長に渡って、ハウジング部品102と直接的に接触し、少なくとも幾つかの部分に渡って、好ましくは全長に渡って、溶接によってハウジング部品102に接続される。従って、ここでは、ハウジング部品102は、同時に接触板金属部材又は接触プレートとしてもはたらく。 The edge 115e of the cathode current collector 115 is in direct contact with the housing part 102 over its entire length and is connected to the housing part 102 by welding over at least some portions, preferably over its entire length. . Thus, here the housing part 102 simultaneously serves as a contact plate metal member or contact plate.

アノード集電体110は、両側に負極材料123の層が装備されているが、電極材料123が装備されていない長手方向の縁110eに沿って延びる自由縁ストリップ121を有する。その代わり、自由縁ストリップ121は、両側がセラミックの支持材料165でコーティングされている。 Anode current collector 110 is equipped with a layer of negative electrode material 123 on each side, but has a free edge strip 121 extending along a longitudinal edge 110 e that is not equipped with electrode material 123 . Instead, the free edge strip 121 is coated on both sides with a ceramic support material 165 .

カソード集電体115は、両側に負極材料125の層が装備されているが、電極材料125が装備されていない長手方向の縁115eに沿って延びる自由縁ストリップ117を有する。その代わり、自由縁ストリップ117は、両側がセラミックの支持材料165でコーティングされている。 Cathode current collector 115 is equipped with a layer of negative electrode material 125 on each side, but has a free edge strip 117 extending along a longitudinal edge 115 e that is not equipped with electrode material 125 . Instead, the free edge strip 117 is coated on both sides with a ceramic support material 165 .

電極-セパレータアセンブリ104は、セパレータ118及び119の長手方向の縁118a及び119a並びに118b及び119bによって形成される2つの端面を有する。集電体110及び115の長手方向の縁は、これらの端面から突き出ている。対応する突出部は、d1及びd2とラベル付けされている。 Electrode-separator assembly 104 has two end faces formed by longitudinal edges 118a and 119a and 118b and 119b of separators 118 and 119. As shown in FIG. The longitudinal edges of current collectors 110 and 115 protrude from these end faces. The corresponding protrusions are labeled d1 and d2.

穴109がハウジング部品102内に見られ、これは、例えば電解質をハウジングに導入するのに使用することができる。この穴は、例えば、ハウジング部品102に溶接によって接続された圧力安全弁141によって閉じられる。 A hole 109 is found in the housing part 102, which can be used, for example, to introduce an electrolyte into the housing. This hole is closed, for example, by a pressure relief valve 141 connected to the housing part 102 by welding.

ハウジング部品101及び102は、シール103によって互いから電気的に絶縁されている。ハウジングは、フランジ取付加工によって閉じられる。この目的のために、ハウジング部品の開口部縁101cは、半径方向内側に曲げられる。ハウジング部品101は負極を形成し、ハウジング部品102はセル100の正極を形成する。 Housing parts 101 and 102 are electrically isolated from each other by seal 103 . The housing is closed by a flange attachment process. For this purpose, the opening edge 101c of the housing part is bent radially inwards. Housing part 101 forms the negative electrode and housing part 102 forms the positive electrode of cell 100 .

図11に示したセルは、図12に従って製造することができ、個々の処理ステップA~Iについては以下で説明する。まず、電極-セパレータアセンブリ104が提供され、その上側端面に、接触板金属部材又は接触プレートとしてはたらくハウジング部品102が配置される。これは、ステップBで、カソード集電体115の長手方向の縁115eに溶接される。ステップCでは、周囲シール103が、ハウジング部品102の縁に適用される。これと共に、ステップDで、電極-セパレータアセンブリ104は、アノード集電体110の長手方向の縁110eがハウジング部品101の底部101aと直接的に接触するまで、ハウジング部品101に挿入される。ステップEでは、これは、ハウジング部品101の底部101aに溶接される。ステップFでは、ハウジングは、フランジ取付加工によって閉じられる。この目的のために、ハウジング部品101の開口部縁101cは、半径方向内側に曲げられる。ステップGでは、ハウジングは、電解質で満たされ、電解質は、開口部109を通ってハウジングに計量しながら供給される。開口部109は、ステップH及びIで、ハウジング部品102に溶接された圧力安全弁141によって閉じられる。 The cell shown in FIG. 11 can be manufactured according to FIG. 12, the individual processing steps AI being described below. First, an electrode-separator assembly 104 is provided, on the upper end face of which is arranged a housing part 102 which serves as a contact plate metal member or contact plate. This is welded in step B to the longitudinal edge 115e of the cathode current collector 115 . In step C, a perimeter seal 103 is applied to the edges of housing component 102 . Along with this, at step D, the electrode-separator assembly 104 is inserted into the housing part 101 until the longitudinal edge 110e of the anode current collector 110 is in direct contact with the bottom 101a of the housing part 101 . In step E it is welded to the bottom 101a of the housing part 101 . In step F, the housing is closed by a flange attachment process. For this purpose, the opening edge 101c of the housing part 101 is bent radially inwards. In step G, the housing is filled with electrolyte, which is metered into the housing through opening 109 . The opening 109 is closed in steps H and I by a pressure relief valve 141 welded to the housing part 102 .

例えば、電極-セパレータアセンブリ104は、95wt%のNMCA、2wt%の電極バインダー、及び導電剤としての3wt%のカーボンブラック、の正極を含むことがある。負極は、開孔構造を有する多孔質の導電性マトリックスを含むことがある。 For example, the electrode-separator assembly 104 may include a positive electrode of 95 wt% NMCA, 2 wt% electrode binder, and 3 wt% carbon black as a conductive agent. A negative electrode may comprise a porous conductive matrix having an open pore structure.

例えば、電極-セパレータアセンブリ104は、95wt%のNMCA、2wt%の電極バインダー、及び導電剤としての3wt%のカーボンブラック、の正極と、70wt%のケイ素、25wt%のグラファイト、2wt%の電極バインダー、及び導電剤としての3wt%のカーボンブラック、の負極と、を含むことがある。THF/mTHF(1:1)中のLiPFの2M溶液、又は2wt%のVCを伴うFEC/EMC(3:7)中のLiPFの1.5M溶液を、電解質として使用することができる。 For example, the electrode-separator assembly 104 has a positive electrode of 95 wt% NMCA, 2 wt% electrode binder, and 3 wt% carbon black as a conductive agent, 70 wt% silicon, 25 wt% graphite, 2 wt% electrode binder. , and 3 wt % carbon black as a conductive agent. A 2M solution of LiPF6 in THF/mTHF (1:1) or a 1.5M solution of LiPF6 in FEC/EMC (3:7) with 2 wt% VC can be used as electrolyte.

Claims (11)

リチウムイオンセルであって、以下の特徴:
a.前記セルは、アノード(120)/セパレータ(118)/カソード(130)のシーケンスを有するリボン状の電極-セパレータアセンブリ(104)を含むこと、
b.前記アノード(120)は、第1の長手方向の縁(110e)及び第2の長手方向の縁及び2つの端部を有する、リボン状のアノード集電体(110)を含むこと、
c.前記アノード集電体(110)は、負極材料(123)の層が装備されたストリップ状の主領域(122)と、前記電極材料(123)が装備されていない前記第1の長手方向の縁(110e)に沿って延びる自由縁ストリップ(121)と、を有すること、
d.前記カソード(130)は、第1の長手方向の縁(115e)及び第2の長手方向の縁及び2つの端部を有する、リボン状のカソード集電体(115)を含むこと、
e.前記カソード集電体(115)は、正極材料(125)の層が装備されたストリップ状の主領域(116)と、前記電極材料(125)が装備されていない前記第1の長手方向の縁(115e)に沿って延びる自由縁ストリップ(117)と、を有すること、
f.前記電極-セパレータアセンブリ(104)は、2つの末端面を有する巻き体の形態をしているか、又は、2つ以上の同一の電極-セパレータアセンブリ(104)によって形成され、且つ2つの末端面を同様に有しているスタックの一部であること、
g.前記電極-セパレータアセンブリ(104)は、任意選択的に前記スタックの更なる同一の電極-セパレータアセンブリと共に、ハウジング内に封入されること、
h.前記アノード(120)及び前記カソード(130)は、前記アノード集電体(110)の前記第1の長手方向の縁(110e)が前記スタックの前記末端面又は側面の一方から突き出るように、且つ前記カソード集電体(115)の前記第1の長手方向の縁(115e)が前記スタックの前記末端面又は側面の他方から突き出るように、前記電極-セパレータアセンブリ(104)内部で互いに対して形成されるか且つ/又は配置されること、
i.前記セルは、前記第1の長手方向の縁(110e、115e)のうちの1つと直接的に接触している接触板金属部材(101a、102、155)を有すること、
j.前記接触板金属部材(101a、102、155)は、この長手方向の縁(110e、115e)に溶接によって接続されること、
並びに、追加の特徴的な特徴:
k.前記負極材料(123)は、活物質として、ケイ素、アルミニウム、スズ、アンチモン、及び可逆的にリチウムを取り込み且つ放出することができる、これらの材料の化合物又は合金、からなる群から選択された少なくとも1つの材料を、20wt%~90wt%の量で含むこと、
を有するリチウムイオンセル。
A lithium-ion cell characterized by:
a. said cell comprising a ribbon electrode-separator assembly (104) having an anode (120)/separator (118)/cathode (130) sequence;
b. said anode (120) comprises a ribbon-like anode current collector (110) having a first longitudinal edge (110e) and a second longitudinal edge and two ends;
c. Said anode current collector (110) comprises a strip-like main region (122) equipped with a layer of negative electrode material (123) and said first longitudinal edge not equipped with said electrode material (123). a free edge strip (121) extending along (110e);
d. said cathode (130) comprises a ribbon-like cathode current collector (115) having a first longitudinal edge (115e) and a second longitudinal edge and two ends;
e. Said cathode current collector (115) comprises a strip-like main region (116) equipped with a layer of positive electrode material (125) and said first longitudinal edge not equipped with said electrode material (125). a free edge strip (117) extending along (115e);
f. Said electrode-separator assembly (104) is in the form of a roll with two end faces, or is formed by two or more identical electrode-separator assemblies (104) and has two end faces. be part of a stack that also has
g. said electrode-separator assembly (104) is enclosed in a housing, optionally with further identical electrode-separator assemblies of said stack;
h. The anode (120) and the cathode (130) are arranged such that the first longitudinal edge (110e) of the anode current collector (110) protrudes from one of the end faces or sides of the stack, and formed relative to each other within the electrode-separator assembly (104) such that the first longitudinal edges (115e) of the cathode current collectors (115) protrude from the other of the end faces or sides of the stack. being placed and/or arranged;
i. said cells having contact plate metal members (101a, 102, 155) in direct contact with one of said first longitudinal edges (110e, 115e);
j. said contact plate metal members (101a, 102, 155) are connected to said longitudinal edges (110e, 115e) by welding;
As well as additional distinguishing features:
k. Said negative electrode material (123), as an active material, is at least selected from the group consisting of silicon, aluminum, tin, antimony, and compounds or alloys of these materials capable of reversibly taking up and releasing lithium. containing one material in an amount of 20 wt% to 90 wt%;
Lithium ion cell with
以下の追加の特徴:
a.前記負極材料(123)は、負の活物質として、可逆的なリチウムの取り込み及び放出ができる炭素系粒子、例えば黒鉛状炭素、特に前記ケイ素とこれらの炭素系粒子との混合物などを更に含むこと、
b.リチウムをインターカレートできる前記炭素系粒子は、前記電極材料中に5wt%~75wt%の割合で、特に15wt%~45wt%の割合で含まれること、
を有する、請求項1に記載のセル。
Additional features:
a. Said negative electrode material (123) further comprises, as a negative active material, carbon-based particles capable of reversible lithium uptake and release, such as graphitic carbon, especially mixtures of said silicon and these carbon-based particles. ,
b. said carbon-based particles capable of intercalating lithium are contained in said electrode material in a proportion of 5 wt% to 75 wt%, in particular in a proportion of 15 wt% to 45 wt%;
2. The cell of claim 1, comprising:
以下の追加の特徴:
a.前記負極材料(123)は、電極バインダー及び/又は導電剤を含むこと、
b.前記電極バインダーは、前記負極材料(123)中に1wt%~15wt%の割合で含まれること、
c.前記導電剤は、前記負極材料(123)中に0.1wt%~15wt%の割合で含まれること、
のうちの少なくとも1つを有する、請求項1又は請求項2に記載のセル。
Additional features:
a. the negative electrode material (123) comprises an electrode binder and/or a conductive agent;
b. The electrode binder is contained in the negative electrode material (123) at a rate of 1 wt% to 15 wt%;
c. The conductive agent is contained in the negative electrode material (123) at a rate of 0.1 wt% to 15 wt%;
3. The cell of claim 1 or claim 2, comprising at least one of:
以下の追加の特徴:
a.前記正極材料(125)は、活物質として、可逆的なリチウムの堆積及び取り出しができる少なくとも1つの金属酸化物化合物、好ましくは上記の化合物のうちの1つ、特にNMC、NCA、又はNMCAを含むこと、
b.少なくとも1つの酸化物コバルト及び/又はマンガン化合物は、前記電極材料(125)中に80wt%~99wt%の量で含まれること、
c.前記正極材料(125)は、電極バインダー及び/又は導電剤を含むこと、
d.前記電極バインダーは、前記正極材料(125)中に1wt%~15wt%の割合で含まれること、
e.前記導電剤は、前記正極材料(125)中に0.1wt%~15wt%の割合で含まれること、
のうちの少なくとも1つを有する、請求項1~3の何れか一項に記載のセル。
Additional features:
a. Said positive electrode material (125) comprises as active material at least one metal oxide compound capable of reversible deposition and extraction of lithium, preferably one of the compounds mentioned above, in particular NMC, NCA or NMCA matter,
b. at least one cobalt oxide and/or manganese compound is included in said electrode material (125) in an amount of 80 wt% to 99 wt%;
c. the cathode material (125) comprises an electrode binder and/or a conductive agent;
d. The electrode binder is contained in the positive electrode material (125) at a rate of 1 wt% to 15 wt%;
e. The conductive agent is contained in the positive electrode material (125) at a rate of 0.1 wt% to 15 wt%;
A cell according to any preceding claim, comprising at least one of
以下の追加の特徴:
a.前記負極(120)の単位面積当たりの重量は、少なくとも10cmという単位面積当たり最大で2%だけ、平均値から外れること、
のうちの少なくとも1つを有する、請求項1~4の何れか一項に記載のセル。
Additional features:
a. the weight per unit area of said negative electrode (120) deviates from the mean by a maximum of 2% per unit area of at least 10 cm2 ;
A cell according to any preceding claim, comprising at least one of
以下の追加の特徴:
a.前記セルは、テトラヒドロフラン(THF)と2-メチルテトラヒドロフラン(mTHF)との混合物を含む電解質を含むこと、
b.前記混合物中のTHF:mTHFの体積比は2:1~1:2の範囲内であり、特に好ましくは1:1であること、
c.前記セルは、伝導塩としてLiPFを含む電解質を含むこと、
d.前記電解質中に含まれる、1.5~2.5M、特に2Mの割合の前記伝導塩、
のうちの少なくとも1つを有する、請求項1~5の何れか一項に記載のセル。
Additional features:
a. said cell comprising an electrolyte comprising a mixture of tetrahydrofuran (THF) and 2-methyltetrahydrofuran (mTHF);
b. the volume ratio of THF:mTHF in said mixture is in the range from 2:1 to 1:2, particularly preferably 1:1;
c. said cell comprising an electrolyte comprising LiPF 6 as a conducting salt;
d. said conductive salt in a proportion of 1.5 to 2.5M, especially 2M, contained in said electrolyte;
A cell according to any preceding claim, comprising at least one of
以下の追加の特徴:
a.前記セルは、炭酸フルオロエチレン(FEC)と炭酸エチルメチル(EMC)との混合物を含む電解質を含むこと、
b.前記混合物中のFEC:EMCの体積比は1:7~5:7の範囲内であり、特に好ましくは3:7であること、
c.前記セルは、伝導塩としてLiPFを含む電解質を含むこと、
d.前記伝導塩は、1.0~2.0M、特に1.5Mの濃度で前記電解質に含まれること、
e.前記電解質は、炭酸ビニレンを、特に1~3重量%の割合で含むこと、
のうちの少なくとも1つを有する、請求項1~4の何れか一項に記載のセル。
Additional features:
a. said cell comprising an electrolyte comprising a mixture of fluoroethylene carbonate (FEC) and ethyl methyl carbonate (EMC);
b. the volume ratio of FEC:EMC in said mixture is in the range from 1:7 to 5:7, particularly preferably 3:7;
c. said cell comprising an electrolyte comprising LiPF 6 as a conducting salt;
d. the conductive salt is contained in the electrolyte at a concentration of 1.0 to 2.0M, especially 1.5M;
e. the electrolyte contains vinylene carbonate, in particular in a proportion of 1 to 3% by weight;
A cell according to any preceding claim, comprising at least one of
以下の追加の特徴:
a.溶接によって前記接触板金属部材(101a、102、155)に接続された前記集電体(110、115)の前記ストリップ状の主領域(110a)は、複数のアパーチャ(111)を有すること、
b.前記主領域(110a)内の前記アパーチャ(111)は、丸い穴又は四角い穴、特にパンチ穴又はドリル穴であること、
c.溶接によって前記接触板金属部材(101a、102、155)に接続された前記集電体(110)は、特に丸い穴又は長穴の穿孔によって、前記主領域(110a)において穿孔されていること、
のうちの少なくとも1つを有する、請求項1~7の何れか一項に記載のセル。
Additional features:
a. said strip-like main regions (110a) of said current collectors (110, 115) connected to said contact plate metal members (101a, 102, 155) by welding having a plurality of apertures (111);
b. said apertures (111) in said main area (110a) are round or square holes, in particular punch or drill holes;
c. said current collector (110) connected to said contact plate metal member (101a, 102, 155) by welding is perforated in said main region (110a), in particular by perforation of round or slotted holes;
A cell according to any preceding claim, comprising at least one of
以下の追加の特徴:
a.前記集電体(110)内の、特に前記主領域(110a)内の前記アパーチャ(111)は、1μm~2000μmの範囲内の平均直径を有すること、
を有する、請求項1~8の何れか一項に記載のセル。
Additional features:
a. said apertures (111) in said current collector (110), in particular in said main region (110a), having an average diameter in the range of 1 μm to 2000 μm;
A cell according to any one of claims 1 to 8, comprising
以下の追加の特徴:
a.溶接によって前記接触板金属部材(101a、102、155)に接合された前記集電体(110)は、少なくとも前記主領域(110a)の一部分において、同じ集電体(110)の前記自由縁ストリップ(110b)よりも単位面積当たりの重量が小さいこと、
b.溶接によって前記接触板金属部材(101a、102、155)に接続された前記集電体(110)は、前記主領域(110a)よりも前記自由縁ストリップ(110b)において単位面積当たりのアパーチャ(111)の数が少ないか、又は全くないこと、
のうちの少なくとも1つを有する、請求項1~9の何れか一項に記載のセル。
Additional features:
a. Said current collector (110) joined to said contact plate metal member (101a, 102, 155) by welding is, at least in part of said main region (110a), said free edge strip of the same current collector (110). having a lower weight per unit area than (110b);
b. The current collector (110) connected to the contact plate metal members (101a, 102, 155) by welding has more apertures (111 ) is small or non-existent,
A cell according to any preceding claim, comprising at least one of
以下の追加の特徴:
a.前記主領域(110a)での前記集電体(110)の単位面積当たりの重量は、前記自由縁ストリップ(110b)での前記集電体(110)の単位面積当たりの重量と比べて、5%~80%だけ低減されていること、
b.前記集電体(110)の穴面積は、前記主領域(110a)において5%~80%の範囲内であること、
c.前記集電体(110)の引張強さは、前記主領域(110a)において20N/mm~250N/mmであること、
のうちの少なくとも1つを有する、請求項1~10の何れか一項に記載のセル。
Additional features:
a. The weight per unit area of the current collector (110) at the main region (110a) is 5 compared to the weight per unit area of the current collector (110) at the free edge strip (110b). % to 80%,
b. The hole area of the current collector (110) is within the range of 5% to 80% in the main region (110a);
c. The current collector (110) has a tensile strength of 20 N/mm 2 to 250 N/mm 2 in the main region (110a);
A cell according to any preceding claim, comprising at least one of
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